(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の商用電源に接続されて、商用電源から供給される電力を変換して駆動対象機器に供給する外部電源と、
直列に接続された複数の電池セルを備える複数の電池ユニットと、
前記複数の電池ユニットを並列に接続して前記外部電源に接続する接続ユニットとを備え、
前記外部電源から各電池ユニットに電力を供給して、前記電池セルを充電すると共に、前記外部電源から駆動対象機器に出力される電圧が低下する状態で、前記電池ユニットから駆動対象機器に電力を供給するようにしてなる電源システムであって、
前記外部電源は、
商用電源から供給される交流を、駆動対象機器を駆動する所定の出力電圧の直流に変換する電源回路と、
前記電源回路の出力側に接続されて、外部の駆動対象機器に電力を供給する電力供給ラインと、
前記電力供給ラインに接続されて、前記接続ユニットを接続する接続ラインと、
前記接続ライン上に設けられ、前記電力供給ラインの電圧が所定値以下になるとオフとなる外部接続スイッチと、
を備えており、
前記接続ユニットは、
前記複数の電池ユニットを並列に接続する並列ラインと、
各電池ユニットを前記並列ラインに接続する接続部と、
前記接続部の接続状態を制御する制御部と、
を備えており、
前記並列ラインは、前記外部電源の接続ラインに接続されており、
前記接続部は、
前記並列ラインと各電池ユニットの間に直列に接続された第一スイッチと第二スイッチの直列回路と、
前記第二スイッチと並列に接続された、電流制限抵抗と第三スイッチの直列回路からなるサブ接続回路と、
前記第一スイッチと並列に接続され、かつ前記並列ラインから該電池ユニットに通電する方向に整流作用を有する第一整流素子と、
前記第二スイッチと並列に接続され、かつ該電池ユニットから前記並列ラインに通電する方向に整流作用を有する第二整流素子と
を備えており、
前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＦＦ、前記第二スイッチをＯＦＦ、前記第三スイッチをＯＮとして、各電池ユニットを均等化しながらプリチャージするバランス充電モードと
前記バランス充電モードの後、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＮ、前記第二スイッチをＯＮ、前記第三スイッチをＯＦＦとして、前記電池ユニットを満充電させる通常充電モードと、
各電池ユニットが満充電されると、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＮ、前記第二スイッチをＯＦＦ、前記第三スイッチをＯＦＦとして、前記電池ユニットの充電を停止する満充電モードと、
前記満充電モードにおいて、前記外部電源の出力電圧が低下すると、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＮ、前記第二スイッチをＯＮ、前記第三スイッチをＯＦＦとして、各電池ユニットから前記外部電源の電力供給ラインに電力を供給する通常放電モードと、
前記通常放電モードにおいて、前記電力供給ラインの電圧が前記所定値以下になると、前記外部接続スイッチがＯＦＦに制御されて、各電池ユニットからの放電を停止する放電停止モードと
前記放電停止モードにおいて、前記電池ユニットのセル電圧が所定値以下になると、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＦＦ、前記第二スイッチをＯＦＦ、前記第三スイッチをＯＦＦとする駆動停止モードと
を切り換えて複数の電池ユニットを充放電することを特徴とする電源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電源システムであって、
前記満充電モードにおいて、前記電池ユニットのいずれかの電池セルの残容量が満充電状態から所定の割合低下し、あるいは、いずれかの電池セルのセル電圧が充電再開電圧以下になると、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＮ、前記第二スイッチをＯＦＦ、前記第三スイッチをＯＮとして、各電池ユニットをプリチャージする再充電モードに移行して該電池ユニットを再充電することを特徴とする電源システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電源システムであって、
前記満充電モード又は前記再充電モードにおいて、前記外部電源の出力電圧が低下すると、
各電池ユニットの電力が、前記第二整流素子とＯＮ状態の前記第一スイッチを介して前記並列ラインに供給されると共に、該並列ラインの電力がＯＮ状態の前記外部接続スイッチを介して前記外部電源の電力供給ラインに供給される予備放電モードによって複数の電池ユニットから放電することを特徴とする電源システム。
【請求項４】
請求項３に記載の電源システムであって、
前記接続ユニットが、前記外部電源の接続ラインへの通電状態を検出する電流検出部を備えており、
前記予備放電モードにおいて、前記電流検出部が前記接続ラインへの放電電流を検出すると、
前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＮ、前記第二スイッチをＯＮ、前記第三スイッチをＯＦＦとし、各電池ユニットの電力が、ＯＮ状態の第二スイッチとＯＮ状態の第一スイッチを介して前記並列ラインに供給されると共に、該並列ラインの電力がＯＮ状態の前記外部接続スイッチを介して前記外部電源の電力供給ラインに供給される通常放電モードに移行して複数の電池ユニットから放電することを特徴とする電源システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の電源システムであって、
前記通常充電モードにおいて、前記外部電源の出力電圧が低下すると、
各電池ユニットの電力が、ＯＮ状態の前記第二スイッチとＯＮ状態の前記第一スイッチを介して前記並列ラインに供給されると共に、該並列ラインの電力がＯＮ状態の前記外部接続スイッチを介して前記外部電源の電力供給ラインに供給される通常放電モードに移行して複数の電池ユニットから放電することを特徴とする電源システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の電源システムであって、
前記通常放電モードにおいて、前記外部電源の出力電圧が復帰すると、
前記外部電源の電力供給ラインから供給される電力がＯＮ状態の前記外部接続スイッチを介して前記並列ラインに供給されると共に、該並列ラインの電力がＯＮ状態の前記第一スイッチとＯＮ状態の前記第二スイッチを介して各電池ユニットに供給される通常充電モードに移行して複数の電池ユニットを充電することを特徴とする電源システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の電源システムであって、
前記バランス充電モードにおいて、各電池ユニット間の電圧差が所定の第二電圧差以上の場合に、
前記外部接続スイッチが前記制御部からの信号でＯＦＦに制御され、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＮ、前記第二スイッチをＯＦＦ、前記第三スイッチをＯＮとして、各電池ユニット間で電圧差を低減させる均等化モードに移行して複数の電池ユニットを均等化することを特徴とする電源システム。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の電源システムであって、
前記バランス充電モードにおいて、前記電力供給ラインの電圧と各電池ブロックの電圧との差が所定の電圧差以下になると
前記外部接続スイッチが前記制御部からの信号でＯＦＦに切り換えられ、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＦＦからＯＮに、各接続部の前記第二スイッチをＯＦＦからＯＮに、各接続部の前記第三スイッチをＯＮからＯＦＦに切り換えた後、前記外部接続スイッチが前記制御部からの信号でをＯＮに切り換えられて前記通常充電モードに移行することを特徴とする電源システム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の電源システムであって、
前記駆動停止モードにおいて、前記外部電源の出力電圧が復帰すると、
前記外部接続スイッチがＯＮに制御され、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＦＦ、前記第二スイッチをＯＦＦ、前記第三スイッチをＯＮとして前記バランス充電モードに移行して各電池ユニットを充電することを特徴とする電源システム。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の電源システムであって、
前記外部電源が、前記電源回路の出力電圧を切り換えながら前記電池ユニットを充電することを特徴とする電源システム。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の電源システムであって、
前記第一整流素子及び／又は第二整流素子が、ダイオードであることを特徴とする電源システム。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の電源システムであって、
前記第一スイッチ及び／又は第二スイッチがトランジスタであることを特徴とする電源システム。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の電源システムであって、
前記第一スイッチ及び／又は第二スイッチがＦＥＴであり、
前記第一整流素子及び／又は第二整流素子が、前記ＦＥＴに内蔵された寄生ダイオードであることを特徴とする電源システム。
【請求項１４】
直列に接続された複数の電池セルを備える複数の電池ユニットと、
前記複数の電池ユニットを並列に接続して外部に出力する接続ユニットとを備え、
前記接続ユニットが、商用電源から供給される電力を直流に変換して駆動対象機器に出力する外部電源の電力供給ラインに接続されて、この電力供給ラインから供給される電力で、前記電池ユニットの電池セルを充電すると共に、外部電源から駆動対象機器に出力される電圧が低下する状態で、前記電池ユニットから電力供給ラインに電力を供給するようにしてなる電源システムであって、
前記接続ユニットは、
前記複数の電池ユニットを並列に接続する並列ラインと、
各電池ユニットを前記並列ラインに接続する接続部と、
前記接続部の接続状態を制御する制御部と、
を備えており、
前記並列ラインは、電力供給ラインの電圧が所定値以下になるとオフになる外部接続スイッチを介して外部電源の電力供給ラインに接続されており、
前記接続部は、
前記並列ラインと前記電池ユニットの間に直列に接続された第一スイッチと第二スイッチの直列回路と、
前記第二スイッチと並列に接続された、電流制限抵抗と第三スイッチの直列回路からなるサブ接続回路と、
前記第一スイッチと並列に接続され、かつ前記並列ラインから該電池ユニットに通電する方向に整流作用を有する第一整流素子と、
前記第二スイッチと並列に接続され、かつ該電池ユニットから前記並列ラインに通電する方向に整流作用を有する第二整流素子と
を備えており、
前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＦＦ、前記第二スイッチをＯＦＦ、前記第三スイッチをＯＮとして、各電池ユニットを均等化しながらプリチャージするバランス充電モードと
前記バランス充電モードの後、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＮ、前記第二スイッチをＯＮ、前記第三スイッチをＯＦＦとして、前記電池ユニットを満充電させる通常充電モードと、
各電池ユニットが満充電されると、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＮ、前記第二スイッチをＯＦＦ、前記第三スイッチをＯＦＦとして、前記電池ユニットの充電を停止する満充電モードと、
前記満充電モードにおいて、前記外部電源の出力電圧が低下すると、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＮ、前記第二スイッチをＯＮ、前記第三スイッチをＯＦＦとして、各電池ユニットから前記外部電源の電力供給ラインに電力を供給する通常放電モードと、
前記通常放電モードにおいて、前記電力供給ラインの電圧が前記所定値以下になると、外部接続スイッチがＯＦＦに制御されて、各電池ユニットからの放電を停止する放電停止モードと、
前記放電停止モードにおいて、前記電池ユニットのセル電圧が所定値以下になると、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＦＦ、前記第二スイッチをＯＦＦ、前記第三スイッチをＯＦＦとする駆動停止モードと
を切り換えて複数の電池ユニットを充放電することを特徴とする電源システム。
【請求項１５】
直列に接続された複数の電池セルを備える複数の電池ユニットと、
前記複数の電池ユニットを並列に接続して外部に出力する接続ユニットとを備え、
前記接続ユニットが、商用電源から供給される電力を直流に変換して駆動対象機器に出力する外部電源の電力供給ラインに接続されて、この電力供給ラインから供給される電力で、前記電池ユニットの電池セルを充電すると共に、外部電源から駆動対象機器に出力される電圧が低下する状態で、前記電池ユニットから電力供給ラインに電力を供給するようにしてなる電源システムであって、
前記接続ユニットは、
前記複数の電池ユニットを並列に接続する並列ラインと、
各電池ユニットを前記並列ラインに接続する接続部と、
前記接続部の接続状態を制御する制御部と、
を備えており、
前記並列ラインは、外部電源の電力供給ラインに接続されており、
前記接続部は、
前記並列ラインと前記電池ユニットの間に直列に接続された第一スイッチと第二スイッチの直列回路と、
前記第二スイッチと並列に接続された、電流制限抵抗と第三スイッチの直列回路からなるサブ接続回路と、
前記第一スイッチと並列に接続され、かつ前記並列ラインから該電池ユニットに通電する方向に整流作用を有する第一整流素子と、
前記第二スイッチと並列に接続され、かつ該電池ユニットから前記並列ラインに通電する方向に整流作用を有する第二整流素子と
を備えており、
前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＦＦ、前記第二スイッチをＯＦＦ、前記第三スイッチをＯＮとして、各電池ユニットを均等化しながらプリチャージするバランス充電モードと
前記バランス充電モードの後、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＮ、前記第二スイッチをＯＮ、前記第三スイッチをＯＦＦとして、前記電池ユニットを満充電させる通常充電モードと、
各電池ユニットが満充電されると、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＮ、前記第二スイッチをＯＦＦ、前記第三スイッチをＯＦＦとして、前記電池ユニットの充電を停止する満充電モードと、
前記満充電モードにおいて、前記外部電源の出力電圧が低下すると、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＮ、前記第二スイッチをＯＮ、前記第三スイッチをＯＦＦとして、各電池ユニットから前記外部電源の電力供給ラインに電力を供給する通常放電モードと、
前記電池ユニットのセル電圧が所定値以下になると、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＦＦ、前記第二スイッチをＯＦＦ、前記第三スイッチをＯＦＦとする駆動停止モードと
を切り換えて複数の電池ユニットを充放電することを特徴とする電源システム。
【請求項１６】
外部の商用電源に接続されて、商用電源から供給される電力を変換して駆動対象機器に供給する外部電源と、
直列に接続された複数の電池セルを備える複数の電池ユニットと、
前記複数の電池ユニットを並列に接続して前記外部電源に接続する接続ユニットとを備え、
前記外部電源から各電池ユニットに電力を供給して、前記電池セルを充電とすると共に、前記外部電源から駆動対象機器に出力される電圧が低下する状態で、前記電池ユニットから駆動対象機器に電力を供給するようにしており、
前記外部電源は、
商用電源から供給される交流を、駆動対象機器を駆動する所定の出力電圧の直流に変換する電源回路と、
前記電源回路の出力側に接続されて、外部の駆動対象機器に電力を供給する電力供給ラインと、
前記電力供給ラインに接続されて、前記接続ユニットを接続する接続ラインと、
前記接続ライン上に設けられ、前記電力供給ラインの電圧が所定値以下になるとオフとなる外部接続スイッチと、
を備えており、
前記接続ユニットは、
前記複数の電池ユニットを並列に接続する並列ラインと、
各電池ユニットを前記並列ラインに接続する接続部と、
前記接続部の接続状態を制御する制御部と、
を備えており、
前記並列ラインは、前記外部電源の接続ラインに接続されており、
前記接続部は、
前記並列ラインと前記電池ユニットの間に直列に接続された第一スイッチと第二スイッチの直列回路と、
前記第二スイッチと並列に接続された、電流制限抵抗と第三スイッチの直列回路からなるサブ接続回路と、
前記第一スイッチと並列に接続され、かつ前記並列ラインから該電池ユニットに通電する方向に整流作用を有する第一整流素子と、
前記第二スイッチと並列に接続され、かつ該電池ユニットから前記並列ラインに通電する方向に整流作用を有する第二整流素子と
を備えてなる電源システムの充放電制御方法であって、
前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＦＦ、前記第二スイッチをＯＦＦ、前記第三スイッチをＯＮとして、各電池ユニットを均等化しながらプリチャージする工程と
各電池ユニットを均等化しながらプリチャージする工程の後、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＮ、前記第二スイッチをＯＮ、前記第三スイッチをＯＦＦとして、前記電池ユニットを満充電させる工程と、
各電池ユニットが満充電されると、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＮ、前記第二スイッチをＯＦＦ、前記第三スイッチをＯＦＦとして、前記電池ユニットの充電を停止する工程と、
前記外部電源の出力電圧が低下すると、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＮ、前記第二スイッチをＯＮ、前記第三スイッチをＯＦＦとして、各電池ユニットから前記外部電源の電力供給ラインに電力を供給する工程と、
各電池ユニットから前記電力供給ラインに電力を供給する状態で、前記電力供給ラインの電圧が前記所定値以下になると、前記外部接続スイッチがＯＦＦに制御されて、各電池ユニットからの放電を停止する工程と
各電池ユニットからの放電を停止する状態で、前記電池ユニットのセル電圧が所定値以下になると、前記制御部が、各接続部の前記第一スイッチをＯＦＦ、前記第二スイッチをＯＦＦ、前記第三スイッチをＯＦＦとする工程と
で複数の電池ユニットを充放電することを特徴とする電源システムの充放電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルを備える電池ユニットを商用電源から供給される電力で充電し、商用電源から供給される電力が低下した際に、充電された電池ユニットの電力を出力する電源システムに関し、とくに、商用電源の電力を複数の電池ユニットに蓄えて出力を大きくしている電源システム及び電源システムの充放電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話の基地局や信号機などに接続されて、商用電源の停電時には電力を供給するバックアップ用電源装置が知られている。このようなバックアップ電源は、駆動対象機器と接続されており、商用電源に異常が生じたことを検出すると、駆動対象機器に対して所定の電力を供給するよう構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０４３７２３号
【発明の概要】
【０００４】
このようなバックアップ電源装置においては、より大容量化して長時間の電力供給を可能とするために、複数の電池ユニットを並列に接続することが考えられる。しかしながら、この場合は、複数の電池ユニットの出力電圧が一致しないと、出力の一部が駆動対象機器に対して供給されずに、他の電池ユニットに供給される等の不具合が生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものであり、その主な目的は、複数の電池ユニットを並列接続して大容量としながら、これらの電池ユニットを均等に充電して安定的に利用可能とする電源システム及び電源システムの充放電制御方法を提供することにある。
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の電源システムによれば、外部の商用電源３０に接続されて、商用電源３０から供給される電力を変換して駆動対象機器４０に供給する外部電源３と、直列に接続された複数の電池セル２１を備える複数の電池ユニット２と、前記複数の電池ユニット２を並列に接続して前記外部電源３に接続する接続ユニット１とを備え、前記外部電源３から各電池ユニット２に電力を供給して、前記電池セル２１を充電すると共に、前記外部電源３から駆動対象機器４０に出力される電圧が低下する状態で、前記電池ユニット２から駆動対象機器４０に電力を供給するようにしている。前記外部電源３は、商用電源３０から供給される交流を、駆動対象機器４０を駆動する所定の出力電圧の直流に変換する電源回路４と、前記電源回路４の出力側に接続されて、外部の駆動対象機器４０に電力を供給する電力供給ライン５と、前記電力供給ライン５に接続されて、前記接続ユニット１を接続する接続ライン６と、前記接続ライン６上に設けられ、前記電力供給ライン５の電圧が所定値以下になるとオフとなる外部接続スイッチ７とを備えている。前記接続ユニット１は、前記複数の電池ユニット２を並列に接続する並列ライン８と、各電池ユニット２を前記並列ライン８に接続する接続部９と、前記接続部９の接続状態を制御する制御部１０とを備えており、前記並列ライン８は、前記外部電源３の接続ライン６に接続されており、前記接続部９は、前記並列ライン８と各電池ユニット２の間に直列に接続された第一スイッチ１１と第二スイッチ１２の直列回路と、前記第二スイッチ１２と並列に接続された、電流制限抵抗１４と第三スイッチ１３の直列回路からなるサブ接続回路１５と、前記第一スイッチ１１と並列に接続され、かつ前記並列ライン８から該電池ユニット２に通電する方向に整流作用を有する第一整流素子１６と、前記第二スイッチ１２と並列に接続され、かつ該電池ユニット２から前記並列ライン８に通電する方向に整流作用を有する第二整流素子１７とを備えている。電源システムは、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＦＦ、前記第二スイッチ１２をＯＦＦ、前記第三スイッチ１３をＯＮとして、各電池ユニット２を均等化しながらプリチャージするバランス充電モードと、前記バランス充電モードの後、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＮ、前記第二スイッチ１２をＯＮ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとして、前記電池ユニット２を満充電させる通常充電モードと、各電池ユニット２が満充電されると、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＮ、前記第二スイッチ１２をＯＦＦ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとして、前記電池ユニット２の充電を停止する満充電モードと、前記満充電モードにおいて、前記外部電源３の出力電圧が低下すると、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＮ、前記第二スイッチ１２をＯＮ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとして、各電池ユニット２から前記外部電源３の電力供給ライン５に電力を供給する通常放電モードと、前記通常放電モードにおいて、前記電力供給ライン５の電圧が前記所定値以下になると、前記外部接続スイッチ７がＯＦＦに制御されて、各電池ユニット２からの放電を停止する放電停止モードと、前記放電停止モードにおいて、前記電池ユニット２のセル電圧が所定値以下になると、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＦＦ、前記第二スイッチ１２をＯＦＦ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとする駆動停止モードとを切り換えて複数の電池ユニット２を充放電している。
【０００７】
上記構成により、並列接続された複数の電池ユニットを均等化しながら充電させることができる。とくに、バランス充電モードにおいて、電圧差のある電池ユニットを均等化しながらプリチャージした後、通常充電モードで満充電することで、充電状態のばらつきを抑制しながら満充電して、放電時に電力が電池ユニット間で授受される事態を回避できる。また、バランス充電モードで各電池ユニットをプリチャージした後、通常充電モードに切り換えて満充電させるので、電池ユニットの充電に多くの電力を割くことで駆動対象機器への電力供給が不安定となる事態も回避でき、駆動対象機器の動作を継続しつつ電池ユニットの充電を並行して行うホットスタンバイも可能となる。
【０００８】
また、本発明の電源システムによれば、前記満充電モードにおいて、前記電池ユニット２のいずれかの電池セル２１の残容量が満充電状態から所定の割合低下し、あるいは、いずれかの電池セル２１のセル電圧が充電再開電圧以下になると、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＮ、前記第二スイッチ１２をＯＦＦ、前記第三スイッチ１３をＯＮとして、各電池ユニット２をプリチャージする再充電モードに移行して該電池ユニットを再充電することができる。
【０００９】
上記構成によると、満充電モードが長時間にわたって継続されて、いずれかの電池セルの残容量が減少すると電池ユニットの充電を再開するので、複数の電池ユニットの残容量を常に十分な残容量に保持でき、停電時等の非常時において、長時間にわたって電力供給できる。また、再充電モードにおいて、電池ユニットをプリチャージすることで、大きな突入電流を防止できる。
【００１０】
さらに、本発明の電源システムによれば、前記満充電モード又は前記再充電モードにおいて、前記外部電源３の出力電圧が低下すると、各電池ユニット２の電力が、前記第二整流素子１７とＯＮ状態の前記第一スイッチ１１を介して前記並列ライン８に供給されると共に、該並列ライン８の電力がＯＮ状態の前記外部接続スイッチ７を介して前記外部電源３の電力供給ライン５に供給される予備放電モードによって複数の電池ユニット２から放電することができる。
【００１１】
上記構成によると、前記満充電モード又は前記再充電モードにおいて、外部電源の出力電圧が低下すると、各電池ユニットの電力が、第二整流素子と、ＯＮ状態の第一スイッチと、ＯＮ状態の外部接続スイッチとを介して電力供給ラインに供給される予備放電モードによって複数の電池ユニットから放電するので、商用電源や外部電源の電圧低下を検出する機構を設けることなく、また、制御部で接続部を切り換えることなく、外部電源の出力電圧が低下する状態で速やかに電力供給ラインに電力を供給できる。
【００１２】
さらに、本発明の電源システムによれば、前記接続ユニット１が、前記外部電源３の接続ライン６への通電状態を検出する電流検出部２５を備えて、前記予備放電モードにおいて、前記電流検出部２５が前記接続ライン２５への放電電流を検出すると、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＮ、前記第二スイッチ１２をＯＮ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとして、各電池ユニット２の電力が、ＯＮ状態の第二スイッチ１２とＯＮ状態の第一スイッチ１１を介して前記並列ライン８に供給されると共に、該並列ライン８の電力がＯＮ状態の前記外部接続スイッチ７を介して前記外部電源３の電力供給ライン５に供給される通常放電モードに移行して複数の電池ユニット２から放電することができる。
【００１３】
上記構成によると、電流検出部が放電電流を検出する状態で、各接続部の第一スイッチをＯＮ、第二スイッチをＯＮ、第三スイッチをＯＦＦとして、予備放電モードから通常放電モードに切り換えるので、接続ラインへの放電状態を確認しながら通常放電モードに切り換えできる。また、通常放電モードにおいては、ＯＮ状態の第二スイッチとＯＮ状態の第一スイッチを介して各電池ユニットから放電するので、低抵抗な状態で安定して放電できる。
【００１４】
さらに、本発明の電源システムによれば、前記通常充電モードにおいて、前記外部電源３の出力電圧が低下すると、各電池ユニット２の電力が、ＯＮ状態の前記第二スイッチ１２とＯＮ状態の前記第一スイッチ１１を介して前記並列ライン８に供給されると共に、該並列ライン８の電力がＯＮ状態の前記外部接続スイッチ７を介して前記外部電源３の電力供給ライン５に供給される通常放電モードに移行して複数の電池ユニット２から放電することができる。
【００１５】
上記構成によると、通常充電モードにおいて外部電源の出力電圧が低下すると、各電池ユニットの電力がＯＮ状態の第二スイッチとＯＮ状態の第一スイッチとＯＮ状態の外部接続スイッチとを介して電力供給ラインに供給される通常放電モードに移行するので、商用電源や外部電源の電圧低下を検出する機構を設けることなく、また、制御部で接続部を切り換えることなく、外部電源の出力電圧が低下する状態で速やかに電力供給ラインに電力を供給できる。
【００１６】
さらに、本発明の電源システムによれば、前記通常放電モードにおいて、前記外部電源３の出力電圧が復帰すると、前記外部電源３の電力供給ライン５から供給される電力がＯＮ状態の前記外部接続スイッチ７を介して前記並列ライン８に供給されると共に、該並列ライン８の電力がＯＮ状態の前記第一スイッチ１１とＯＮ状態の前記第二スイッチ１２を介して各電池ユニット２に供給される通常充電モードに移行して複数の電池ユニット２を充電することができる。
【００１７】
上記構成によると、通常放電モードにおいて外部電源の出力電圧が復帰すると、電力供給ラインの電力がＯＮ状態の外部接続スイッチとＯＮ状態の第一スイッチとＯＮ状態の第二スイッチとを介して各電池ユニットに供給される通常充電モードに移行するので、商用電源や外部電源の電圧復帰を検出する機構を設けることなく、また、制御部で接続部を切り換えることなく、外部電源の出力電圧が復帰する状態で速やかに電池ユニットに電力を供給して充電できる。
【００１８】
さらに、本発明の電源システムによれば、前記バランス充電モードにおいて、各電池ユニット２間の電圧差が所定の第二電圧差以上の場合に、前記外部接続スイッチ７が前記制御部１０からの信号でＯＦＦに制御され、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＮ、前記第二スイッチ１２をＯＦＦ、前記第三スイッチ１３をＯＮとして、各電池ユニット２間で電圧差を低減させる均等化モードに移行して複数の電池ユニット２を均等化することができる。
【００１９】
上記構成により、並列接続された複数の電池ユニットの電圧のばらつきを解消できる。とくに、電圧差の大きい電池ユニット同士を速やかに均等化できる。このように、均等化モードを設けて、予め電池ユニット間の電圧差を均等化することで、充電状態のばらつきを抑制できる。
【００２０】
さらに、本発明の電源システムによれば、前記バランス充電モードにおいて、前記電力供給ライン５の電圧と各電池ブロック２０の電圧との差が所定の電圧差以下になると、前記外部接続スイッチ７が前記制御部１０からの信号でＯＦＦに切り換えられ、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＦＦからＯＮに、各接続部９の前記第二スイッチ１２をＯＦＦからＯＮに、各接続部９の前記第三スイッチ１３をＯＮからＯＦＦに切り換えた後、前記外部接続スイッチ７が前記制御部１０からの信号でＯＮに切り換えられて前記通常充電モードに移行することができる。
【００２１】
上記構成により、バランス充電モードから通常充電モードに切り換える制御において、外部接続スイッチがＯＦＦの状態で各接続部の第一スイッチをＯＦＦからＯＮに、第二スイッチをＯＦＦからＯＮに、第三スイッチをＯＮからＯＦＦに切り換えるので、複数のスイッチを順番に切り換える工程で、一部の電池ユニットのみが電力供給ラインに接続された状態となって、この電池ユニットに過電流が流れる事態を確実に防止できる。
【００２２】
さらに、本発明の電源システムによれば、前記駆動停止モードにおいて、前記外部電源３の出力電圧が復帰すると、前記外部接続スイッチ７がＯＮに制御され、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＦＦ、前記第二スイッチ１２をＯＦＦ、前記第三スイッチ１３をＯＮとして前記バランス充電モードに移行して各電池ユニット２を充電することができる。
【００２３】
上記構成により、第一整流素子を経由して電池ユニットの充電を可能としつつ、外部電源の電圧低下が生じても、第一スイッチをＯＦＦさせたことで放電が阻止されるので、電池ユニットからの放電を阻止して、放電によって電池ユニット間の電圧差が拡大する事態を回避できる共に、電池ユニットの電圧を同じにして充電することができる。
【００２４】
さらに、本発明の電源システムによれば、前記外部電源３が、前記電源回路４の出力電圧を切り換えながら前記電池ユニット２を充電することができる。
【００２５】
上記構成により、電池ユニットの充電状態において、電池ユニットの充電電圧が最適な電圧となるように電源回路の出力電圧をコントロールして、複数の電池ユニットを理想的に充電できる。
【００２６】
さらに、本発明の電源システムによれば、前記第一整流素子１６及び／又は第二整流素子１７をダイオードとすることができる。
【００２７】
さらに、本発明の電源システムによれば、前記第一スイッチ１１及び／又は第二スイッチ１２をトランジスタとすることができる。
【００２８】
さらに、本発明の電源システムによれば、前記第一スイッチ１１及び／又は第二スイッチ１２をＦＥＴとし、前記第一整流素子１６及び／又は第二整流素子１７を、前記ＦＥＴに内蔵された寄生ダイオードとすることができる。
【００２９】
上記構成により、予めＦＥＴに備えられた寄生ダイオードを利用した整流作用が図られ、システム構成を簡素化できる。
【００３０】
本発明の他の電源システムによれば、複数の電池セル２１を直列に接続してなる複数の電池ユニット２と、前記複数の電池ユニット２を並列に接続して外部に出力する接続ユニット１とを備え、前記接続ユニット１が、商用電源３０から供給される電力を直流に変換して駆動対象機器４０に出力する外部電源３の電力供給ライン５に接続されて、この電力供給ライン５から供給される電力で、前記電池ユニット２の電池セル２１を充電すると共に、外部電源３から駆動対象機器４０に出力される電圧が低下する状態で、前記電池ユニット２から電力供給ライン５に電力を供給するようにしている。前記接続ユニット１は、前記複数の電池ユニット２を並列に接続する並列ライン８と、各電池ユニット２を前記並列ライン８に接続する接続部９と、前記接続部９の接続状態を制御する制御部１０とを備えており、前記並列ライン８は、電力供給ライン５の電圧が所定値以下になるとオフになる外部接続スイッチ７を介して外部電源３の電力供給ライン５に接続されており、前記接続部９は、前記並列ライン８と前記電池ユニット２の間に直列に接続された第一スイッチ１１と第二スイッチ１２の直列回路と、前記第二スイッチ１２と並列に接続された、電流制限抵抗１４と第三スイッチ１３の直列回路からなるサブ接続回路１５と、前記第一スイッチ１１と並列に接続され、かつ前記並列ライン８から該電池ユニット２に通電する方向に整流作用を有する第一整流素子１６と、前記第二スイッチ１２と並列に接続され、かつ該電池ユニット２から前記並列ライン８に通電する方向に整流作用を有する第二整流素子１７とを備えている。電源システムは、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＦＦ、前記第二スイッチ１２をＯＦＦ、前記第三スイッチ１３をＯＮとして、各電池ユニット２を均等化しながらプリチャージするバランス充電モードと、前記バランス充電モードの後、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＮ、前記第二スイッチ１２をＯＮ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとして、前記電池ユニット２を満充電させる通常充電モードと、各電池ユニット２が満充電されると、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＮ、前記第二スイッチ１２をＯＦＦ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとして、前記電池ユニット２の充電を停止する満充電モードと、前記満充電モードにおいて、外部電源３の出力電圧が低下すると、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＮ、前記第二スイッチ１２をＯＮ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとして、各電池ユニット２から外部電源３の電力供給ライン５に電力を供給する通常放電モードと、前記通常放電モードにおいて、前記電力供給ライン５の電圧が前記所定値以下になると、外部接続スイッチ７がＯＦＦに制御されて、各電池ユニット２からの放電を停止する放電停止モードと、前記放電停止モードにおいて、前記電池ユニット２のセル電圧が所定値以下になると、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＦＦ、前記第二スイッチ１２をＯＦＦ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとする駆動停止モードとを切り換えて複数の電池ユニットを充放電している。
【００３１】
上記構成により、並列接続された複数の電池ユニットを均等化しながら充電させることができる。とくに、バランス充電モードにおいて、電圧差のある電池ユニットを均等化しながらプリチャージした後、通常充電モードで満充電することで、充電状態のばらつきを抑制しながら満充電して、放電時に電力が電池ユニット間で授受される事態を回避できる。また、バランス充電モードで各電池ユニットをプリチャージした後、通常充電モードに切り換えて満充電させるので、電池ユニットの充電に多くの電力を割くことで駆動対象機器への電力供給が不安定となる事態も回避でき、駆動対象機器の動作を継続しつつ電池ユニットの充電を並行して行うホットスタンバイも可能となる。
【００３２】
さらに、本発明の他の電源システムによれば、複数の電池セル２１を直列に接続してなる複数の電池ユニット２と、前記複数の電池ユニット２を並列に接続して外部に出力する接続ユニット１とを備え、前記接続ユニット１が、商用電源３０から供給される電力を直流に変換して駆動対象機器４０に出力する外部電源３の電力供給ライン５に接続されて、この電力供給ライン５から供給される電力で、前記電池ユニット２の電池セル２１を充電すると共に、外部電源３から駆動対象機器４０に出力される電圧が低下する状態で、前記電池ユニット２から電力供給ライン５に電力を供給するようにしている。前記接続ユニット１は、前記複数の電池ユニット２を並列に接続する並列ライン８と、各電池ユニット２を前記並列ライン８に接続する接続部９と、前記接続部９の接続状態を制御する制御部１０とを備えており、前記並列ライン８は、外部電源３の電力供給ライン５に接続されており、前記接続部９は、前記並列ライン８と前記電池ユニット２の間に直列に接続された第一スイッチ１１と第二スイッチ１２の直列回路と、前記第二スイッチ１２と並列に接続された、電流制限抵抗１４と第三スイッチ１３の直列回路からなるサブ接続回路１５と、前記第一スイッチ１１と並列に接続され、かつ前記並列ライン８から該電池ユニット２に通電する方向に整流作用を有する第一整流素子１６と、前記第二スイッチ１２と並列に接続され、かつ該電池ユニット２から前記並列ライン８に通電する方向に整流作用を有する第二整流素子１７とを備えている。電源システムは、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＦＦ、前記第二スイッチ１２をＯＦＦ、前記第三スイッチ１３をＯＮとして、各電池ユニット２を均等化しながらプリチャージするバランス充電モードと、前記バランス充電モードの後、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＮ、前記第二スイッチ１２をＯＮ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとして、前記電池ユニット２を満充電させる通常充電モードと、各電池ユニット２が満充電されると、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＮ、前記第二スイッチ１２をＯＦＦ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとして、前記電池ユニット２の充電を停止する満充電モードと、前記満充電モードにおいて、外部電源３の出力電圧が低下すると、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＮ、前記第二スイッチ１２をＯＮ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとして、各電池ユニット２から外部電源３の電力供給ライン５に電力を供給する通常放電モードと、前記電池ユニット２のセル電圧が所定値以下になると、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＦＦ、前記第二スイッチ１２をＯＦＦ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとする駆動停止モードとを切り換えて複数の電池ユニットを充放電している。
【００３３】
上記構成により、並列接続された複数の電池ユニットを均等化しながら充電させることができる。とくに、バランス充電モードにおいて、電圧差のある電池ユニットを均等化しながらプリチャージした後、通常充電モードで満充電することで、充電状態のばらつきを抑制しながら満充電して、放電時に電力が電池ユニット間で授受される事態を回避できる。また、バランス充電モードで各電池ユニットをプリチャージした後、通常充電モードに切り換えて満充電させるので、電池ユニットの充電に多くの電力を割くことで駆動対象機器への電力供給が不安定となる事態も回避でき、駆動対象機器の動作を継続しつつ電池ユニットの充電を並行して行うホットスタンバイも可能となる。
【００３４】
さらに、本発明の電源システムの充放電制御方法は、外部の商用電源３０に接続されて、商用電源３０から供給される電力を変換して駆動対象機器４０に供給する外部電源３と、複数の電池セル２１を直列に接続してなる複数の電池ユニット２と、前記複数の電池ユニット２を並列に接続して前記外部電源３に接続する接続ユニット１とを備え、前記外部電源３から各電池ユニット２に電力を供給して、前記電池セル２１を充電とすると共に、前記外部電源３から駆動対象機器４０に出力される電圧が低下する状態で、前記電池ユニット２から駆動対象機器４０に電力を供給するようにしてなる電源システムの充放電を制御する方法である。前記外部電源３は、商用電源３０から供給される交流を、駆動対象機器４０を駆動する所定の出力電圧の直流に変換する電源回路４と、前記電源回路４の出力側に接続されて、外部の駆動対象機器４０に電力を供給する電力供給ライン５と、前記電力供給ライン５に接続されて、前記接続ユニット１を接続する接続ライン６と、前記接続ライン６上に設けられ、前記電力供給ライン５の電圧が所定値以下になるとオフとなる外部接続スイッチ７とを備えている。前記接続ユニット１は、前記複数の電池ユニット２を並列に接続する並列ライン８と、各電池ユニット２を前記並列ライン８に接続する接続部９と、前記接続部９の接続状態を制御する制御部１０とを備えており、前記並列ライン８は、前記外部電源３の接続ライン６に接続されており、前記接続部９は、前記並列ライン８と前記電池ユニット２の間に直列に接続された第一スイッチ１１と第二スイッチ１２の直列回路と、前記第二スイッチ１２と並列に接続された、電流制限抵抗１４と第三スイッチ１３の直列回路からなるサブ接続回路１５と、前記第一スイッチ１１と並列に接続され、かつ前記並列ライン８から該電池ユニット２に通電する方向に整流作用を有する第一整流素子１６と、前記第二スイッチ１２と並列に接続され、かつ該電池ユニット２から前記並列ライン８に通電する方向に整流作用を有する第二整流素子１７とを備えている。さらに、電源システムの充放電制御方法は、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＦＦ、前記第二スイッチ１２をＯＦＦ、前記第三スイッチ１３をＯＮとして、各電池ユニット２を均等化しながらプリチャージする工程と、各電池ユニット２を均等化しながらプリチャージする工程の後、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＮ、前記第二スイッチ１２をＯＮ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとして、前記電池ユニット２を満充電させる工程と、各電池ユニット２が満充電されると、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＮ、前記第二スイッチ１２をＯＦＦ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとして、前記電池ユニット２の充電を停止する工程と、前記外部電源３の出力電圧が低下すると、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＮ、前記第二スイッチ１２をＯＮ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとして、各電池ユニット２から前記外部電源３の電力供給ライン５に電力を供給する工程と、各電池ユニット２から前記電力供給ライン５に電力を供給する状態で、前記電力供給ライン５の電圧が前記所定値以下になると、前記外部接続スイッチがＯＦＦに制御されて、各電池ユニット２からの放電を停止する工程と、各電池ユニット２からの放電を停止する状態で、前記電池ユニット２のセル電圧が所定値以下になると、前記制御部１０が、各接続部９の前記第一スイッチ１１をＯＦＦ、前記第二スイッチ１２をＯＦＦ、前記第三スイッチ１３をＯＦＦとする工程とで複数の電池ユニット２を充放電する。
【００３５】
これにより、並列接続された複数の電池ユニットを均等化しながら充電させることができる。とくに、電圧差のある電池ユニットを均等化しながらプリチャージした後、満充電することで、充電状態のばらつきを抑制しながら満充電して、放電時に電力が電池ユニット間で授受される事態を回避できる。また、均等化しながらプリチャージする工程では、各電池ユニットをプリチャージした後、通常の充電工程に切り換えて満充電させるので、電池ユニットの充電に多くの電力を割くことで駆動対象機器への電力供給が不安定となる事態も回避でき、駆動対象機器の動作を継続しつつ電池ユニットの充電を並行して行うホットスタンバイも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る電源システムを示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す電源システムにおける充放電の過程を示すフローチャートである。
【図３】図３は、図１に示す電源システムのバランス充電モードにおける制御状態を示すブロック図である。
【図４】図４は、図１に示す電源システムの均等化モードにおける制御状態を示すブロック図である。
【図５】図５は、接続ユニットに電圧が高い電池ユニットが接続された状態における均等化を示す図である。
【図６】図６は、接続ユニットに電圧が低い電池ユニットが接続された状態における均等化を示す図である。
【図７】図７は、図１に示す電源システムの通常充電モード（通常放電モード）における制御状態を示すブロック図である。
【図８】図８は、図１に示す電源システムの満充電モード（予備放電モード）における制御状態を示すブロック図である。
【図９】図９は、図１に示す電源システムの再充電モード（予備放電モード）における制御状態を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、図１に示す電源システムの放電停止モードにおける制御状態を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、図１に示す電源システムが複数の電池ユニットを充放電する工程を示すフローチャート図である。
【図１２】図１２は、図１に示す電源システムが複数の電池ユニットを充放電する工程を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電源システム及び電源システムの充放電制御方法を例示するものであって、本発明は電源システム及び電源システムの充放電制御方法を以下のものに特定しない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
【００３８】
本発明の電源システムは、多数の二次電池を備えるバックアップ用電源であって、たとえば、携帯電話の基地局や信号機などに設置されて、停電時等の非常時に電源として使用される。この電源システムは、商用電源から正常に電力が供給される状態にあっては、商用電源から供給される交流電力を、所定の電圧の直流電力に変換して駆動対象機器である負荷に供給し、また、内蔵される二次電池を充電し、停電時等の非常時において、商用電源の出力が低下する状態では、内蔵する二次電池から駆動対象機器となる負荷に電力を供給して駆動対象機器を駆動する。
【００３９】
図１に示す電源システムは、外部の商用電源３０に接続されて、商用電源３０から供給される電力を変換して駆動対象機器４０に供給する外部電源３と、直列に接続された複数の電池セル２１を備える複数の電池ユニット２と、複数の電池ユニット２を並列に接続して外部電源３に接続する接続ユニット１とを備えている。この電源システムは、外部電源３から出力される電力を駆動対象機器４０に供給して駆動対象機器４０を動作状態としながら、外部電源３から各電池ユニット２に供給される電力で電池セル２１を充電する。また、電源システムは、外部電源３から駆動対象機器４０に出力される電圧が所定値以下に低下する状態では、電池ユニット２から駆動対象機器４０に電力を供給して駆動対象機器４０を駆動する。
【００４０】
図の電源システムは、６組の電池ユニット２を接続ユニット１に接続している。このように、複数の電池ユニット２を並列に接続する電源システムは、電源システム全体の容量を大きくして、駆動対象機器４０に電力を供給できる時間を長くできる。さらに、電源システムは、接続ユニット１に接続される電池ユニット２を、メンテナンスや故障等により交換し、あるいは、用途に応じて数を増減することもできる。したがって、電源システムは、接続ユニットに接続される複数の電池ユニットの数を６組には限定せず、２〜５組とすることも、７組以上とすることもできる。
（外部電源３）
外部電源３は、商用電源３０から供給される交流を直流に変換して出力し、この直流電力を駆動対象機器４０に供給する。図１に示す外部電源３は、商用電源３０から供給される交流を、駆動対象機器４０を駆動する所定の出力電圧の直流に変換する電源回路４と、この電源回路４の出力側に接続されて、外部の駆動対象機器４０に電力を供給する電力供給ライン５と、電源回路４の出力側において、電力供給ライン５に接続された接続ライン６と、接続ライン６上に設けられた外部接続スイッチ７とを備えている。
【００４１】
電源回路４は、商用電源３０の交流を、所定の電圧の直流に変換して出力する回路で、たとえば、ＡＣ／ＤＣコンバータが使用できる。ＡＣ／ＤＣコンバータである電源回路４は、たとえば、１００Ｖ〜２５０Ｖの商用電源３０の交流を、４０Ｖ〜５６Ｖの直流に変換して出力する。電源回路４の出力は、駆動対象機器４０を動作させる電力を考慮して特定される。図に示す電源回路４は、出力電圧を５０〜５３Ｖとして、駆動対象機器４０を動作できる出力としている。この電源回路４は、商用電源３０が停電しない状態では、電力供給ライン５を介して駆動対象機器４０に電力を供給する。さらに、図に示す外部電源３は、電源回路４の出力電圧をコントロールするコントローラー３１を備えている。このコントローラー３１は、通信回線３２を介して接続ユニット１に接続されており、接続ユニット１から入力される要求信号に応じて電源回路４の出力電圧をコントロールする。この電源システムは、電池ユニット２の充電状態において、電池ユニット２の充電電圧が最適な電圧となるように電源回路４の出力電圧をコントロールして、複数の電池ユニット２を理想的に充電できる。ただ、外部電源は、必ずしも外部電源の出力電圧をコントローラーで調整できる構造とする必要はない。この外部電源は、電源回路から一定の電圧を出力する。このような電源回路としては、リチウムイオン電池の充電に利用される、最大の電流、最大の電圧を規制した定電流（ＭＡＸ電流０．５〜１Ｃ程度)・定電圧（ＭＡＸ４．２Ｖ／セル程度)の電源回路を利用することができる。
【００４２】
図１の外部電源３は、電源回路４の出力側に、駆動対象機器４０に接続される電力供給ライン５を接続している。また、外部電源３は、電源回路４の出力側において、電力供給ライン５を分岐させて接続ライン６を接続しており、この接続ライン６に接続ユニット１を接続している。さらに、外部電源３は、電力供給ライン５と接続ユニット１との接続状態をコントロールするために、接続ライン６上に外部接続スイッチ７を設けている。この外部接続スイッチ７は、ＦＥＴやトランジスタ等の半導体スイッチング素子、あるいは、コンタクタやリレー等が使用できる。外部接続スイッチ７は、ＯＮ状態において、電力供給ライン５と接続ユニット１とを接続して充電電流や放電電流を許容し、ＯＦＦ状態においては、電力供給ライン５と接続ユニット１とを遮断して充電電流や放電電流を遮断する。
【００４３】
接続ライン６に設けられた外部接続スイッチ７は、外部電源３に内蔵されたコントローラー３１でＯＮ／ＯＦＦに制御される。このコントローラー３１は、図示しないが、電力供給ライン５から動作電力が供給される。コントローラー３１は、たとえば、電力供給ライン５から供給される電力をＤＣ／ＤＣコンバータで降圧して動作電力が供給される。このコントローラー３１は、電力供給ライン５の電圧が所定値以下になって、動作電力が供給されなくなると停止する。外部接続スイッチ７は、電力供給ライン５の電圧が、駆動対象機器４０の最低動作電圧に相当する所定値（たとえば４２Ｖ）以下になると、コントローラー３１が停止してＯＦＦとなる。コントローラー３１は、外部電源３の動作状態において、すなわち、商用電源３０が停電しない状態においては、電源回路４から電力供給ライン５に出力される電力で駆動され、外部電源３の非動作状態、たとえば、商用電源３０が停電する状態等においては、接続ライン６とＯＮ状態の外部接続スイッチ７を介して接続ユニット１から電力供給ライン５に供給される電力で駆動される。さらに、コントローラー３１は、通信回線３２を介して接続ユニット１から入力される各種の電圧データに基づいて外部接続スイッチ７のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【００４４】
コントローラー３１は、接続ユニット１から入力される各電池ユニット２の電圧が所定の範囲内にあって、正常に充放電される状態では外部接続スイッチ７をＯＮに保持し、いずれかの電池ユニット２の電圧が最低電圧以下になると外部接続スイッチ７をＯＦＦに切り換え、接続ユニット１を電力供給ライン５から遮断して電池ユニット２の過放電を防止する。さらに、コントローラー３１は、接続ユニット１から入力される各電池ユニット２の電池情報等から異常を検出し、あるいは、接続ユニット１から異常信号が入力されると、外部接続スイッチ７をＯＦＦに切り換えて接続ユニット１を電力供給ライン５から遮断することもできる。ただ、コントローラーは、通信回線を介して接続ユニットから入力される制御信号に基づいて外部接続スイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り換えることもできる。このコントローラーは、接続ユニットに制御されて、外部接続スイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り換える。
【００４５】
ここで、外部電源３の非動作状態、たとえば、商用電源３０が停電する状態等においては、接続ユニット１から電力供給ライン５に電力が供給され、これらの電力である電力供給ライン５の電力によりコントローラー３１が駆動され、外部接続スイッチ７がＯＮを維持する。このため、外部電源３の動作状態となるまで、すなわち、商用電源３０の停電が復旧するまでは外部接続スイッチ７はＯＮに切り換えられることはない。外部電源３が動作状態となって電力供給ライン５に電力が出力されると、コントローラー３１が駆動されて、外部接続スイッチ７がＯＮに切り換えられる。ただ、コントローラーは、電力供給ラインから電力が供給されない状態において、通信回線を介して接続ユニットから動作電力を供給して駆動することもできる。さらに、図示しないが、外部電源は、コントローラーの電源ラインにコンデンサー等の予備電源を接続して、電力供給ラインの電圧低下時においても、予備電源から一時的に電力供給することで、コントローラーの停止を遅延することもできる。
【００４６】
電力供給ライン５は、外部接続スイッチ７のＯＮ状態では、電源回路４の出力側と接続ユニット１の出力側の両方に接続される。したがって、電源回路４の出力電圧と接続ユニット１の出力電圧は、ほぼ等しく設定されている。この構造の電源システムは、停電により電源回路４の出力電圧が低下する状態では、ＯＮ状態の外部接続スイッチ７を介して、接続ユニット１から電力供給ライン５に電力が供給されて、駆動対象機器４０に電力が供給され、また、接続ユニット１の出力電圧が低下する状態では、ＯＮ状態の外部接続スイッチ７を介して、電力供給ライン５から接続ユニット１に電力が供給されて、接続ユニット１に接続された複数の電池ユニット２を充電する。したがって、この電源システムは、外部接続スイッチ７をＯＮ状態として、接続ユニット１の出力側を電力供給ライン５に常に接続した状態とすることで、商用電源３０や外部電源３の電圧低下を検出する機構を設けることなく、電源回路４の出力電圧が、接続ユニット１の出力側より低下する状態、または、所定値（例えば、駆動対象機器の最低動作電圧）以下に低下する状態では、速やかに電力供給ライン５に電力を供給できる。
【００４７】
ただ、電源システムは、商用電源の停電や電源回路の故障等で電源回路の出力電圧が低下したことを検出する機構を備えることもできる。この電源システムは、電池ユニットの充電時を除く通常時においては、外部接続スイッチをＯＦＦ状態とし、商用電源の停電、あるいは電源回路の故障等によって電源回路の出力電圧が所定値以下に低下したことを検出すると、外部接続スイッチをＯＮに切り換えて、接続ユニットから電力供給ラインに電力を供給することができる。
（電池ユニット２）
電池ユニット２は、複数の電池セル２１を直列に接続してなる電池ブロック２０と、この電池ブロック２０を構成する電池セル２１の状態を検出する検出回路２２とを備えている。電池ブロック２０は、好ましくは、複数の電池セル２１を直列と並列に接続している。複数の電池セル２１を直列と並列に接続してなる電池ブロック２０は、出力電圧を高くしながら充放電の電流を大きくできる。電池ブロック２０は、複数の電池セル２１を直列に接続して、電池ユニット２の出力電圧を、外部電源３の電源回路４の出力電圧にほぼ等しくしている。電源回路４の出力は、電力供給ライン５に接続される駆動対象機器４０を動作できる電圧に設定されるので、電池ユニット２の出力もこの電圧に設定される。電池ユニット２の出力電圧は、たとえば、４０Ｖ〜５６Ｖであって、約５２Ｖに設定している。
【００４８】
電池セル２１には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池を使用する。ただ、電池セルには、ポリマー電池やニッケルカドミウム電池のように充電できる全ての電池を使用できる。電池セル２１をリチウムイオン電池とする電池ブロック２０においては、１３個の電池セル２１を直列に接続して出力電圧を約５２Ｖにできる。電池セル２１をニッケル水素電池とする電池ブロック２０においては、４３〜４５個の電池セル２１を直列に接続して出力電圧を５１Ｖ〜５４Ｖにできる。さらに、電池ブロック２０は、並列に接続する電池セル２１の数を多くして電流容量を大きくできる。電池ブロック２０は、たとえば２．５ｋＷの電力を、２時間〜６時間連続して電力供給ライン５に出力できるように、直列と並列に接続する電池セル２１の個数を調整する。
【００４９】
検出回路２２は、電池ブロック２０を構成する各電池セル２１の状態を検出し、検出された電池情報を接続ユニット１に伝送する。検出回路２２は、所定のサンプリング周期で、電池セル２１のセル電圧、電池ブロック２０の出力電圧、電池ブロック２０に流れる充放電電流、電池温度等の電池情報を検出し、検出した電池情報をデジタル信号に変換して接続ユニット１に出力する。
（接続ユニット１）
接続ユニット１は、複数の電池ユニット２を並列に接続しており、これらの電池ユニット２の充電及び放電をコントロールすると共に、並列に接続された複数の電池ユニット２を均等化する。図１に示す接続ユニット１は、複数の電池ユニット２を並列に接続する並列ライン８と、各電池ユニット２を並列ライン８に接続する接続部９と、各接続部９の接続状態を制御する制御部１０とを備えている。接続ユニット１は、各接続部９の接続状態を制御部１０で制御して、複数の電池ユニット２の充放電を制御し、また、並列ライン８に接続された複数の電池ユニット２を均等化する。
（並列ライン８）
並列ライン８は、複数の電池ユニット２の出力に接続されて、複数の電池ユニット２を並列に接続している。さらに、並列ライン８は、外部電源３の接続ライン６に接続されている。接続ライン６に接続される並列ライン８は、コントローラー３１でＯＮ／ＯＦＦに制御される外部接続スイッチ７を介して外部電源３の電力供給ライン５に接続される。したがって、並列ライン８は、外部接続スイッチ７のＯＮ状態で電力供給ライン５に接続され、外部接続スイッチ７のＯＦＦ状態で電力供給ライン５から遮断される。電力供給ライン５に接続された並列ライン８は、電池ユニット２から出力される電力を電力供給ライン５に供給し、また、電力供給ライン５から供給される電力を電池ユニット２に供給して各電池ユニット２を充電する。
【００５０】
さらに、外部接続スイッチ７をＯＦＦ状態として、並列ライン８が電力供給ライン５から遮断された状態として、並列に接続された複数の電池ユニット２を均等化することができる。電力供給ライン５から遮断された状態で、並列ライン８を介して並列に接続される複数の電池ユニット２は、その電圧差によって充放電が行われて均等化される。すなわち、並列ライン８に対して電圧の高い電池ユニット２では、並列ライン８に対して放電が行われ、並列ライン８に対して電圧の低い電池ユニット２では、並列ライン８から供給される電力で充電されて均等化される。
（接続部９）
接続部９は、各電池ユニット２と並列ライン８との間に配置されており、制御部１０にコントロールされて各電池ユニット２と並列ライン８との接続状態を特定する。図１に示す接続部９は、並列ライン８と各電池ユニット２の間に直列に接続された第一スイッチ１１と第二スイッチ１２の直列回路と、第二スイッチ１２と並列に接続された、電流制限抵抗１４と第三スイッチ１３の直列回路からなるサブ接続回路１５と、第一スイッチ１１と並列に接続され、かつ並列ライン８から電池ユニット２に通電する方向に整流作用を有する第一整流素子１６と、第二スイッチ１２と並列に接続され、かつ電池ユニット２から並列ライン８に通電する方向に整流作用を有する第二整流素子１７とを備えている。
【００５１】
第一スイッチ１１と第二スイッチ１２は、電池ユニット２の充電時や放電時において、電池ユニット２を並列ライン８に接続するスイッチである。図に示す第一スイッチ１１と第二スイッチ１２は、互いに直列に接続されており、各電池ユニット２と並列ライン８との間に各々接続されている。第一スイッチ１１と第二スイッチ１２は、制御部１０でＯＮ／ＯＦＦに制御されるスイッチで、たとえば、半導体スイッチング素子とすることができる。半導体スイッチング素子である第一スイッチ１１及び第二スイッチ１２は、たとえば、ＦＥＴとし、あるいはトランジスタとすることができる。ただ、第一スイッチと第二スイッチには、コンタクタやリレーも使用できる。
【００５２】
サブ接続回路１５は、第二スイッチ１２に並列に接続されており、電流制限抵抗１４と第三スイッチ１３との直列回路で構成されている。サブ接続回路１５は、第二スイッチ１２をＯＦＦとし、第三スイッチ１３をＯＮとする状態で、並列ライン８から電池ユニット２に通電される電流、すなわち充電電流を許容すると共に、電池ユニット２に通電される充電電流を電流制限抵抗１４で制限している。
【００５３】
並列ライン８に接続される複数の電池ユニット２を充電する状態において、電流制限抵抗１４は、並列ライン８から電池ユニット２に流れる過大な電流を小さく制限しながら充電する。複数の電池ユニット２を並列に接続する電源システムは、電池ユニット２を交換し、あるいは電池ユニット２の個数を増加するときに、別の新たな電池ユニット２を並列ライン８に接続する必要がある。このとき、新たに接続される電池ユニット２の電圧は、必ずしも並列ライン８の電圧と同一とはならない。電池ユニット２の電圧と並列ライン８の電圧の差は、接続する電池ユニット２に大きな電流を流すおそれがある。電流制限抵抗１４はこの電流を制限して、電池ユニット２への突入電流を抑制する。
【００５４】
さらに、複数の電池ユニット２を外部電源３から供給される電力で充電する状態において、電力供給ライン５から各電池ユニット２に供給される電力が大きくなると、電力供給ライン５から駆動対象機器４０に供給される電力が低下して、駆動対象機器４０を駆動できなくなるおそれがある。したがって、外部電源３の出力で電池ユニット２を充電する状態においては、各電池ユニット２が所定の残容量まで充電されて、各電池ユニット２の電圧が所定の電圧に上昇するまでは、電池ユニット２の充電電流を制限して充電を抑制することが望ましい。この場合においても、サブ接続回路１５を介して各電池ユニット２の充電を行うことで、各電池ユニット２に流れる充電電流を制限しながら複数の電池ユニット２を充電して、電力供給ライン５から駆動対象機器４０に供給される電力が低下するのを防止する。
【００５５】
電流制限抵抗１４は、電気抵抗を大きくして、電池ユニット２に流れる電流を小さくできる。ただ、電流制限抵抗１４は、電気抵抗を大きくするとジュール熱による発熱量が増加し、また、電池ユニット２を所定の電圧まで充電し、あるいは複数の電池ユニットを均等化する時間が長くなる。したがって、電流制限抵抗１４の電気抵抗は、複数の電池ユニット２の電圧を速やかに所定の電圧まで充電しながら、各電池ユニット２を速やかに均等化でき、さらに、通電による発熱量を少なくできる電気抵抗に設定される。電流制限抵抗１４の電気抵抗は、電池ユニット２の電圧によって最適値が異なるが、電池ユニット２の電圧を５２Ｖとして、例えば１Ω〜１０Ω、好ましくは１Ω〜５Ω、さらに好ましくは１Ω〜３Ωに設定される。
【００５６】
第三スイッチ１３は、制御部１０でＯＮ／ＯＦＦに制御されるスイッチで、ＦＥＴやトランジスタ等の半導体スイッチング素子である。ただ、第三スイッチには、リレーやコンタクタも使用できる。
【００５７】
第一整流素子１６は、第一スイッチ１１と並列に接続されており、並列ライン８から電池ユニット２に通電する方向に整流作用を有している。図に示す第一整流素子１６はダイオードであって、並列ライン８から電池ユニット２への通電を許容する向きに接続しており、電池ユニット２を充電する方向に流れる電流を許容している。
【００５８】
また、第二整流素子１７は、第二スイッチ１２と並列に接続されており、電池ユニット２から並列ライン８に通電する方向に整流作用を有している。図に示す第二整流素子１７はダイオードであって、電池ユニット２から並列ライン８への通電を許容する向きに接続しており、電池ユニット２から放電される電流を許容している。
【００５９】
ここで、第一スイッチ１１や第二スイッチ１２をＦＥＴとする構造においては、このような整流素子として、ＦＥＴに内蔵された寄生ダイオードとすることができる。この構造は、予めＦＥＴに備えられた寄生ダイオードを利用して整流作用を実現することで、システム構成を簡素化できる。また、第三スイッチが寄生ダイオードを有するＦＥＴの場合は、第三スイッチの寄生ダイオードと第二整流素子の方向が同じ方向となるように接続する。
（制御部１０）
制御部１０は、各接続部９に設けた第一スイッチ１１、第二スイッチ１２、及び第三スイッチ１３のＯＮ／ＯＦＦを制御して、複数の電池ユニット２の充電状態と放電状態とを最適な状態にコントロールする。とくに、充電状態においては、複数の電池ユニット２を均等化しながら充電する。この制御部１０は、半導体スイッチング素子からなるスイッチについては、半導体スイッチング素子をオンオフに制御する制御信号を出力して各スイッチを制御し、また、リレーやコンタクタからなるスイッチについては、励磁コイルの通電を制御して各スイッチをオンオフに切り換える。
【００６０】
制御部１０は、各電池ユニット２に内蔵された検出回路２２から入力される電池情報に基づいて、各電池ユニット２の充電及び放電を最適な状態にコントロールし、また、複数の電池ユニット２を均等化する。図の制御部１０は、検出回路２２から入力される電池セル２１のセル電圧や電池ブロック２０の出力電圧に基づいて、電池ユニット２の均等化や充放電をコントロールしている。たとえば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池からなる電池セル２１は、電池電圧から電池の残容量を判定できる。このため、セル電池や出力電圧から電池の残容量を判定しながら、電池ユニット２の均等化や充放電をコントロールできる。この方法は、最も簡単に電池状態を判定しながら、複数の電池ユニット２を均等化し、また充放電できる。ただ、電源システムは、各電池セルや電池ブロックの残容量を、充放電電流の積算値から検出回路で演算し、検出回路から入力される残容量と制御部に記憶される所定の閾値とを制御部で比較しながら各電池ユニットの均等化や充放電を制御することもできる。
【００６１】
さらに、図１に示す接続ユニット１は、電流検出部２５を備えており、この電流検出部２５で、並列ライン８から接続ライン６に流れる電流を検出しながら、複数の電池ユニット２の充放電を最適な状態にコントロールしている。図に示す電流検出部２５は、並列ライン８と接続ライン６との間に直列に接続された電流検出抵抗２６と、この電流検出抵抗２６の両端の電圧を検出して並列ライン８と接続ライン６の間に流れる充電電流や放電電流を検出する検出回路２７とを備えている。電流検出部２５は、並列ライン８と接続ライン６の間に流れる充放電の電流値を検出して制御部１０に入力する。
【００６２】
さらに、制御部１０は、通信回線３２を介して外部電源３のコントローラー３１に接続されており、各電池ユニット２の電圧データや電池情報、充放電の電流値等の各種データをコントローラー３１に伝送している。コントローラー３１は、制御部１０から入力される各種のデータ信号に基づいて外部接続スイッチ７をＯＮ／ＯＦＦに制御する。さらに、制御部１０は、電池ユニット２や電池セル２１の異常を検出すると異常信号をコントローラー３１に伝送し、外部接続スイッチ７をＯＦＦに切り換えるように制御することもできる。さらに、制御部１０は、外部接続スイッチ７をＯＮ／ＯＦＦに切り換える制御信号を出力し、この制御信号でコントローラー３１を制御して外部接続スイッチ７のＯＮ／ＯＦＦを制御することもできる。さらに、商用電源３０の停電等により非動作状態にあった外部電源３が動作状態に復帰する状態においては、制御部１０は、コントローラー３１から伝送される復帰信号により、外部電源３が動作状態に復帰したことを検出できる。
【００６３】
制御部１０は、以下の図２に示すように、複数のモードを切り換えながら、複数の電池ユニット２を充電し、また、放電する。図３ないし図１０は、図２に示す各モードにおいて、外部電源３のコントローラー３１が外部接続スイッチ７をＯＮ／ＯＦＦに切り換え、制御部１０が、各接続部９に設けた第一スイッチ１１、第二スイッチ１２、及び第三スイッチ１３をＯＮ／ＯＦＦにコントロールする状態を示している。この制御部１０は、各電池ユニット２に内蔵された検出回路２２から入力される各電池ユニット２の電池情報、たとえば、出力電圧やセル電圧から複数の電池ユニット２の電池状態を判定し、外部電源３のコントローラー３１に各種信号を伝送して外部接続スイッチ７のＯＮ／ＯＦＦをコントロールする共に、各接続部９に設けた第一スイッチ１１、第二スイッチ１２、及び第三スイッチ１３のＯＮ／ＯＦＦをコントロールして、複数の電池ユニット２の充放電状態を最適なモードに切り換える。
［電池ユニット検出モード］
この工程において、制御部１０は、複数の電池ユニット２の接続状態を検出する。制御部１０は、接続ユニット１に接続された電池ユニット２を識別信号から認識する。各電池ユニット２の識別信号は、各電池ユニット２に内蔵された検出回路２２から入力される。制御部１０は、電池ユニット２から入力される識別信号から、接続されている電池ユニット２の個数や、一部の電池ユニット２が外され、あるいは、新たに別の電池ユニット２が接続されたかどうか等の接続状態を判定する。
［バランス充電モード］
この工程において、電源システムは、外部電源３の電力供給ライン５から供給される電力でもって各電池ユニット２の電池セル２１をプリチャージする。
【００６４】
さらに、このバランス充電モードにおいて、外部電源３は、電源回路４の出力を調整して電池ユニット２への大きな突入電流を抑制することができる。電源回路４は、コントローラー３１で制御されて、電池ユニット２の充電電圧となる出力電圧を最適な電圧とすることができる。ここで、バランス充電モードにおける外部電源３の出力電圧、すなわち、電池ユニット２をプリチャージする第一充電電圧は、たとえば４８Ｖとし、あるいは、出力電圧が最大の電池ユニット２の電池ブロック２０の電圧よりも０．５Ｖ高い電圧とすることができる。
【００６５】
後述するように、放電停止後、さらに、停電状態が継続すると、内部回路での電力消費、セルの自己放電等により、いずれかの電池セル２１の電圧が、所定値（約３Ｖ／セル）以下になると、その電池セル２１の検出回路２２より、信号が出力され、制御部１０に入力される。この状態で、制御部１０は、第一スイッチ１１、第二スイッチ１２、及び第三スイッチ１３をすべてＯＦＦとし、すべての電池ユニット２のマイコン等からなる検出回路２２と制御部１０との間の通信線２８に乗せている駆動電力（駆動電圧）１２Ｖを停止させることで、全ての検出回路２２をシャットダウン（駆動停止）させる。これにより、各電池ブロック２０が並列ライン８から分離された状態となり、電池セル２１の自己放電の差等により、各電池ブロック２０の電圧に差異が生じる。
【００６６】
このバランス充電モードにおいては、停電が解消して商用電源３０が復帰し、これをコントローラー３１が検知して、図３に示すように、コントローラー３１が外部接続スイッチ７をＯＮとして、電源供給ライン５から接続ユニット１に充電電力を供給できる状態とし、電力供給ライン５から駆動電力を供給された制御部１０は、各接続部９の第一スイッチ１１をＯＦＦ、第二スイッチ１２をＯＦＦ、第三スイッチ１３をＯＮとして、外部電源３の電力供給ライン５から供給される電力でもって各電池ユニット２の電池セル２１をプリチャージする。検出回路２２と制御部１０との間の通信線２８に乗せている駆動電力（駆動電圧）１２Ｖが供給されることより、検出回路２２が駆動する。
【００６７】
ここで、電源回路４の電圧は、所定電圧約４８Ｖに設定され充電される。そして、電力供給ライン５の所定の電圧約４８Ｖと各電池ブロック２０の電圧との差が、全て、所定電圧差（例えば、約１．２Ｖ）以下になると、バランス充電モードが終了したとして、第一スイッチ１１をＯＮ、第二スイッチ１２を０Ｎ、第三スイッチ１３をＯＦＦとし、電源回路４の電圧を、所定電圧（例えば、約５２．６Ｖ）に設定して、通常充電モードとして、充電する。
【００６８】
バランス充電モードにおいては、図３に示すように、各接続部９の第一スイッチ１１をＯＦＦ、第二スイッチ１２をＯＦＦとするが、外部電源３から供給される電力は、第一整流素子１６と、サブ接続回路１５、すなわちＯＮ状態の第三スイッチ１３と電流制限抵抗１４の直列回路とを介して各電池ユニット２に供給されて電池セル２１を充電する。これにより、各電池ユニット２は、並列接続された状態で、電流制限抵抗１４を介して充電されるので、各電池ユニット２の電圧が等しくなる状態で充電される。
【００６９】
また、別の実施例として、各電池ユニット２間の電圧差が所定の第一電圧差よりも小さくなるように均等化しながら、全ての電池ユニット２の出力電圧が所定の第一設定電圧以上になるようにプリチャージすることもできる。このバランス充電モードでは、全ての電池ユニット２間の電圧差が第一電圧差未満となるまで、すなわち、出力電圧が最大の電池ユニット２と出力電圧が最小の電池ユニット２との電圧差が第一電圧差未満となるまで均等化する。ここで、電池ユニット２の出力電圧を５２Ｖとする場合、制御部１０は、たとえば、電池ユニット２間の電圧差（Ｖｄ）が１．２Ｖ未満となるように均等化する。
【００７０】
以上の状態では、各電池ユニット２は、電流制限抵抗１４により充電電流が抑制された状態で充電される。これにより、各電池ユニット２の充電に多くの電力を割くことなく、外部電源３から駆動対象機器４０への電力供給が不安定となるのを回避して、駆動対象機器４０の動作を継続しながら、電池ユニット２の充電を並行して行うことができる。したがって、第一設定電圧は、サブ接続回路１５を介することなく電池ユニット２を充電する状態においても、外部電源３から駆動対象機器４０に安定して動作電力を供給できる電圧であって、好ましくは４０Ｖ〜５０Ｖ、たとえば４２．５Ｖとすることができる。また、図３に示す接続状態においては、外部電源３の電力供給ライン５の電圧が低下しても、第一スイッチ１１をＯＦＦ状態とするので、電池ユニット２からの放電が阻止されて、電池ユニット２が過放電され、あるいは、放電によって電池ユニット２間の電圧差が拡大するのを防止できる。
【００７１】
以上のように、バランス充電モードでは、全ての電池ユニット２を同じ電圧で充電するので、電圧差がある電池ユニット２を充電する状態においては、出力電圧の低い電池ユニット２が優先的に充電される。このため、複数の電池ユニット２の電圧差を低減させながら、すなわち、電圧差のある電池ユニット２を均等化しながら充電できる。また、外部電源３の電力供給ライン５から供給される電力が、第一整流素子１６とＯＮ状態の第三スイッチ１３と電流制限抵抗１４とを介して各電池ユニット２に供給されるので、電池ユニット２は、充電電流が電流制限抵抗１４で制限されながらプリチャージされる。このため、電圧が低い電池ユニット２においても、大きな突入電流が流れるのを有効に防止しながら、安全かつ安定して充電されて均等化される。
【００７２】
以上のバランス充電モードは、接続ユニット１に接続された複数の電池ユニット２に所定の電圧差がある場合において、これらの電池ユニット２を均等化しながらプリチャージする工程であって、たとえば、電源システムの起動時や、一部の電池ユニットの取り外し時、新たな電池ユニットの接続時、電池ユニットの放電後における充電開始時、或いは、最初に電池ユニット２を充電するとき等にモード移行して複数の電池ユニットを均等化しながらプリチャージする。
［均等化モード］
さらに、バランス充電モードにおいて、各電池ユニット２間の電圧差が前述の第一電圧差よりも大きな第二電圧差以上の場合には、図２の鎖線の矢印で示すように、均等化モードに移行して、各電池ユニット２をプリチャージすることなく、接続ユニット１を電力供給ライン５から遮断した状態で均等化することもできる。
【００７３】
この工程において、電源システムは、電池ユニット２間の電圧差が第二電圧差よりも小さくなるように、各電池ユニット２間の電圧差を低減させる均等化を行う。この均等化モードでは、全ての電池ユニット２間の電圧差が第二電圧差未満となるまで、電池ユニット２の均等化を行うことができる。ここで、電池ユニット２の出力電圧を５２Ｖとし、第一電圧差を１．２Ｖとする場合、第二電圧差は、１．２Ｖ以上であって、たとえば２．０Ｖとすることができる。
【００７４】
この均等化モードでは、図４に示すように、コントローラー３１が制御部１０からの信号で外部接続スイッチ７をＯＦＦとして接続ユニット１を電源供給ライン５から遮断し、制御部１０が、各接続部９の第一スイッチ１１をＯＮ、第二スイッチ１２をＯＦＦ、第三スイッチ１３をＯＮとして、各電池ユニット２間の電圧差を低減させる。図４に示す接続状態では、各接続部９の第一スイッチ１１をＯＮ、第二スイッチ１２をＯＦＦ、第三スイッチ１３をＯＮとするので、他の電池ユニット２よりも出力電圧が高い電池ユニット２の出力は、図４の鎖線の矢印で示すように、第二整流素子１７と、ＯＮ状態の第一スイッチ１１とを介して並列ライン８に出力されて、出力電圧の低い電池ユニット２に供給される。また、他の電池ユニット２よりも出力電圧が低い電池ユニット２においては、図４の矢印で示すように、出力電圧が高い電池ユニット２から供給される電力が、ＯＮ状態の第一スイッチ１１と、サブ接続回路１５、すなわちＯＮ状態の第三スイッチ１３と電流制限抵抗１４の直列回路とを介して供給されることにより、充電電流を電流制限抵抗１４で制限しながら充電される。このため、電圧差が大きな電池ユニット２間においても、大きな突入電流が流れるのを有効に防止しながら、安全かつ安定して充放電されて均等化される。
【００７５】
以上の均等化モードは、接続ユニット１に接続された複数の電池ユニット２に所定の電圧差がある場合において、これらの電池ユニット２を均等化する工程として、たとえば、電源システムの起動時や、一部の電池ユニットの取り外し時、新たな電池ユニットの接続時、電池ユニットの放電後における充電開始時等にモード移行して複数の電池ユニットを均等化することができる。
【００７６】
ここで、図５と図６は、均等化モードにおいて複数の電池ユニット２が均等化される例であって、接続ユニット１に新たに別の電池ユニット２’が接続される状態を示している。図５は、接続ユニット１の並列ライン８よりも出力電圧が高い電池ユニット２’が接続される状態における均等化を示している。この場合、図５の矢印で示すように、新たに接続される電池ユニット２’から出力される電流は、第二整流素子１７と、ＯＮ状態の第一スイッチ１１とを介して並列ライン８に通電されて、出力電圧の低い他の電池ユニット２に供給される。すなわち、新たに接続された電池ユニット２’の出力は、この電池ユニット２’が接続される接続部９’の電流制限抵抗１４に通電されることなく第二整流素子１７を介して通電される。このため、新たな電池ユニット２’から出力される電流が、接続部９’の電流制限抵抗１４に通電されて、ジュール熱によって発熱するのを確実に阻止できる。これにより、新たに接続される電池ユニット２’の電力は、接続部９’の電流制限抵抗１４で無駄に消費されることなく他の電池ユニット２に有効に利用される。とくに、新たに接続される電池ユニット２’と並列ライン８との間に大きな電圧差があると、この電池ユニット２’からは大きな電流が流れるおそれがあるが、この電流は、図５の矢印で示すように、他の複数の電池ユニット２に分流されるので、各接続部９に流れる電流を低減させて、各々の電流制限抵抗１４における発熱量を低減できる。
【００７７】
また、図６は、接続ユニット１の並列ライン８よりも出力電圧が低い電池ユニット２’が接続される状態における均等化を示している。この場合、図６の矢印で示すように、新たに接続される電池ユニット２’には、並列ライン８を介して、他の複数の電池ユニット２から電力が供給される。他の電池ユニット２から出力される電流は、各接続部９の第二整流素子１７と、ＯＮ状態の第一スイッチ１１とを介して並列ライン８に通電されて、出力電圧の低い電池ユニット２’に供給される。すなわち、他の電池ユニット２の出力は、各接続部９の電流制限抵抗１４に通電されることなく第二整流素子１７を介して通電される。このため、他の電池ユニット２から出力される電流が、各接続部９の電流制限抵抗１４に通電されてジュール熱によって発熱するのを確実に阻止する。これにより、他の電池ユニット２の電力は、接続部９の電流制限抵抗１４で無駄に消費されることなく新たに接続された電池ユニット２’に有効に利用される。また、新たな電池ユニット２’と並列ライン８の間には電圧差があるので、電池ユニット２’には大きな電流が流れるおそれがあるが、この電流は接続部９’の流制限抵抗１４で制限されるので、電池ユニット２’への大きな突入電流は阻止される。とくに、新たに接続される電池ユニット２’は、通常はある程度の残容量まで充電されているので、接続ユニット１に既に接続されている他の電池ユニット２との電圧差が異常に大きくなることはなく、電流制限抵抗１４の発熱量も低減できる。
［通常充電モード］
バランス充電モードが終了すると、電源システムは、この工程において、各接続部９の第二スイッチ１２をＯＮ、第三スイッチ１３をＯＦＦとし、外部電源３から供給される電力を電流制限抵抗１４で制限することなく、各電池ユニット２に供給して電池セル２１を満充電する。
【００７８】
この通常充電モードにおいて、図７に示すように、コントローラー３１が外部接続スイッチ７をＯＮとして、電源供給ライン５から接続ユニット１に充電電力を供給できる状態とし、制御部１０は、各接続部９の第一スイッチ１１をＯＮ、第二スイッチ１２をＯＮ、第三スイッチ１３をＯＦＦとして、各電池ユニット２の電池セル２１を、外部電源３の電力供給ライン５から供給される電力でもって充電する。図７に示す接続状態では、各接続部９の第一スイッチ１１をＯＮ、第二スイッチ１２をＯＮ、第三スイッチ１３をＯＦＦとするので、外部電源３から供給される電力は、図７の矢印で示すように、ＯＮ状態の第一スイッチ１１と、ＯＮ状態の第二スイッチ１２とを介して低抵抗な状態で各電池ユニット２に供給されて電池セル２１を充電する。このため、電池ユニット２は、充電電流が抑制されることなく、外部電源３から供給される電力で理想的に充電される。また、各電池ユニット２は、前工程であるバランス充電モードによって充電されているので、複数の電池ユニット２を充電する状態においても、電力供給ライン５の電圧を低下させることなく、すなわち、外部電源３から駆動対象機器４０への電力供給が不安定となるのを回避して、駆動対象機器４０の動作を継続しながら、電池ユニット２の充電を並行して行うことができる。
【００７９】
とくに、この通常充電モードにおいて、外部電源３は、複数の電池ユニット２を効率よく充電するために、電源回路４の出力を調整することができる。電源回路４は、コントローラー３１で制御されて、電池ユニット２の充電電圧となる出力電圧を最適な電圧とする。ここで、通常充電モードにおける外部電源３の出力電圧、すなわち、電池ユニット２を充電する第二充電電圧は、たとえば５２．６Ｖとすることができる。
【００８０】
また、バランス充電モードから通常充電モードへの移行に際しては、好ましくは、コントローラー３１が、制御部１０からの信号で外部接続スイッチ７を一旦ＯＦＦに切り換え、制御部１０が、各接続部９の第一スイッチ１１をＯＦＦからＯＮに、各接続部９の第二スイッチ１２をＯＦＦからＯＮに、各接続部９の第三スイッチ１３をＯＮからＯＦＦにそれぞれ切り換えた後、コントローラー３１が外部接続スイッチ７を再びＯＮに切り換えることができる。この制御によると、外部接続スイッチ７をＯＦＦにした状態で、各接続部９の第一スイッチ１１と第二スイッチ１２を順番にＯＦＦからＯＮに切り換えるので、一部の電池ユニット２のみがＯＮ状態の第一スイッチ１１と第二スイッチ１２を介して電力供給ライン５に接続された状態となって、この電池ユニット２に過電流が流れるのを確実に防止できる。
【００８１】
さらに、通常充電モードにおいて、制御部１０は、電池ユニット２や電池セル２１の過充電保護を行うこともできる。たとえば、制御部１０は、充電状態にある複数の電池ユニット２のうち、いずれかの電池ユニット２の電圧が最大ユニット電圧（たとえば５３．３Ｖ）以上になると、過充電と判定して、この電池ユニット２の充電を停止して保護する。また、制御部１０は、充電状態にある電池ユニット２を構成する電池セル２１のうち、いずれかの電池セル２１の電圧が最大セル電圧を超えると、過充電と判定して、この電池セル２１を備える電池ユニット２の充電を停止して保護する。たとえば、複数のリチウムイオン電池からなる電池セル２１を１３直に接続してなる電池ユニット２においては、いずれかの電池セル２１の電圧が最大セル電圧である４．１Ｖ以上になると、過充電と判定して、この電池セル２１を備える電池ユニット２の充電を停止して保護する。
【００８２】
なお、この通常充電モードは、電池ユニット２が満充電されるまで継続されるが、電池ユニット２の満充電は、以下のようにして判定される。たとえば、電池ユニット２を構成する電池セル２１をリチウムイオン電池とする場合、リチウムイオン電池は満充電されると充電電流が低下するので、充電電流が所定の電流値よりも低下することを検出して各電池セル２１が満充電されたことを検出する。この電源システムは、たとえば、いずれかの電池セル２１のセル電圧（Ｖｓ）が満充電判定電圧（たとえば３．９Ｖ）以上であって、かつ、充電電流（Ｉｃ）が満充電判定電流（たとえば３００ｍＡ）未満となると、電池セル２１が満充電されたと判定することができる。すなわち、制御部１０は、いずれかの電池セル２１について、
セル電圧（Ｖｓ）≧３．９Ｖ、かつ、０ｍＡ＜充電電流（Ｉｃ）＜３００ｍＡ
となると、電池セル２１が満充電されたと判定することができる。いずれかの電池セル２１が満充電と判定されると、この電池セル２１を備える電池ユニット２は満充電されたと判定して充電が停止される。ただし、何らかの原因で、充電もしくは放電が禁止されている電池セルを含む電池ユニットに関しては、満充電の対象とはせず、また、いずれの電池セルも、満充電判定電圧である３．９Ｖ以上を満たしていない電池ユニットに関しても満充電と判定することなく充電を継続することができる。そして、各電池ユニット２が上記の満充電条件を満たすと、その電池ユニット２の充電を停止する。つまり、第二スイッチ１２をオフにして、充電を停止する。
［満充電モード］
通常充電モードにおいて、全ての電池ユニット２の電池セル２１が満充電されると、電源システムは、この工程において、全ての接続部９の第二スイッチ１２をＯＦＦに切り換えて待機状態とする。
【００８３】
この満充電モードにおいては、図８に示すように、コントローラー３１が外部接続スイッチ７をＯＮとして、電源供給ライン５と接続ユニット１の並列ライン８とを接続された状態とし、制御部１０は、各接続部９の第一スイッチ１１をＯＮ、第二スイッチ１２をＯＦＦ、第三スイッチ１３をＯＦＦとして、電池ユニット２から電力供給ライン５への放電が可能な待機状態とする。この満充電モードは、並列ライン８を外部電源３の電力供給ライン５に接続する外部接続スイッチ７をＯＮ状態に保持する待機状態とするので、商用電源３０や外部電源３の電圧低下を検出する機構を設けることなく、電源回路４の出力電圧が所定値以下に低下する状態で速やかに電池ユニット２から電力供給ライン５に電力を供給できる。
【００８４】
さらに、電源システムは、満充電モードが長時間にわたって継続されると、自己放電や回路の消費電力等によって、各電池セル２１の残容量が減少する。したがって、この満充電モードにおいて、いずれかの電池セル２１の残容量が満充電状態から所定の割合（たとえば１０％）低下し、あるいは、いずれかの電池セル２１のセル電圧が充電再開電圧（たとえば、リチウムイオン電池においては３．８５Ｖ）以下になると、充電を再開することができる。
［再充電モード］
満充電モードにおいて、いずれかの電池ユニット２の再充電が必要と判定されると、電源システムは、この工程において、各接続部９の第三スイッチ１３をＯＦＦからＯＮに切り換えて再充電を開始する。
【００８５】
この再充電モードにおいては、図９に示すように、コントローラー３１が外部接続スイッチ７をＯＮとして、電源供給ライン５と接続ユニット１の並列ライン８とを接続された状態とし、制御部１０は、各接続部９の第一スイッチ１１をＯＮ、第二スイッチ１２をＯＦＦ、第三スイッチ１３をＯＮとして、外部電源３から供給される電力を電流制限抵抗１４で制限しながら各電池ユニット２に供給して電池セル２１をプリチャージする。これにより、再充電される電池ユニット２に大きな突入電流が流れるのが有効に防止される。
【００８６】
また、この再充電モードにおいて、外部電源３は、電池ユニット２への充電電流を抑制しながらプリチャージするために、電源回路４の出力を調整することができる。電源回路４は、コントローラー３１で制御されて、電池ユニット２の充電電圧となる出力電圧を最適な電圧とする。ここで、再充電モードにおける外部電源３の出力電圧、すなわち、電池ユニット２をプリチャージする第三充電電圧は、たとえば５２．１Ｖとすることができる。
【００８７】
再充電モードにおいて、制御部１０は、再充電される電池ユニット２のプリチャージが終了したかどうかを判定する。プリチャージの終了は、たとえば、全ての電池セル２１のセル電圧が所定の電圧（たとえば、３．９Ｖ）以上になったかどうかで判定し、あるいは、プリチャージ時間が所定の時間を経過したかどうかで判定することができる。電池ユニット２のプリチャージが終了すると、通常充電モードに移行して、各電池ユニット２の電池セル２１を満充電する。
【００８８】
なお、以上の再充電モードは省略することができる。この場合、満充電モードにおいていずれかの電池ユニットに再充電の必要があると判定されると、通常充電モードに移行して再充電することができる。
［予備放電モード］
電源システムは、満充電モード又は再充電モードにおいて、商用電源３０の停電等により外部電源３の電源回路４の出力電圧が低下するとき、例えば、所定値以下、または、接続ユニット１の出力電圧以下に低下すると、予備放電モードに移行して、複数の電池ユニット２から外部電源３の電力供給ライン５に電力を供給する。この予備放電モードにおいては、図８及び図９の鎖線の矢印で示すように、各電池ユニット２から放電される電力が、第二整流素子１７とＯＮ状態の第一スイッチ１１を介して並列ライン８に供給されると共に、並列ライン８の電力がＯＮ状態の外部接続スイッチ７を介して外部電源３の電力供給ライン５に供給される。
【００８９】
ここで、満充電モードでは、図８に示すように、外部接続スイッチ７をＯＮとし、各接続部９の第一スイッチ１１をＯＮ、第二スイッチ１２をＯＦＦ、第三スイッチ１３をＯＦＦとしている。また、再充電モードでは、図９に示すように、外部接続スイッチ７をＯＮとし、各接続部９の第一スイッチ１１をＯＮ、第二スイッチ１２をＯＦＦ、第三スイッチ１３をＯＦＦとしている。このため、これらの満充電モード又は再充電モードにおいて、電源回路４の出力電圧が所定値以下に低下すると、各電池ユニット２の電力は、第二整流素子１７とＯＮ状態の第一スイッチ１１を介して並列ライン８に供給されると共に、ＯＮ状態の外部接続スイッチ７を介して外部電源３の電力供給ライン５に供給される。したがって、商用電源３０や外部電源３の電圧低下を検出する機構を設けることなく、また、制御部１０で接続部９を切り換えることなく、電源回路４の出力電圧が所定値以下に低下する状態で速やかに電力供給ライン５に電力を供給できる。
【００９０】
予備放電モードにおいて、電池ユニット２から電力供給ライン５への電力供給が開始されると、電流検出部２５で放電電流が検出される。電流検出部２５は、図１に示すように、並列ライン８から接続ライン６に流れる電流を検出し、検出された電流値を制御部１０に入力する。制御部１０は、電流検出部２５から放電電流の電流値を示す信号が入力されることで、電池ユニット２から電力供給ライン５への電力供給が開始されたことを検出して、第二スイッチ１２をＯＮとして、大電流が流れるように、予備放電モードから通常放電モードに移行させる。この制御では、電流検出部２５が放電電流を検出する状態で、制御部１０が各接続部９のスイッチを切り換えて、予備放電モードから通常放電モードに切り換えるので、電池ユニット２の放電状態を確認しながら通常放電モードに切り換えできる。
【００９１】
ただ、電源システムが、電源回路の出力電圧の低下を検出する機構を備える場合は、この予備放電モードを省略することもできる。この電源システムは、満充電モード又は再充電モードにおいて、商用電源の停電、あるいは電源回路の故障等によって電源回路の出力電圧が所定の電圧以下に低下したことを検出すると、通常放電モードに移行して電力供給ラインに電力を供給することができる。
［通常放電モード］
この工程において、電源システムは、制御回路１０が各接続部９の第二スイッチ１２をＯＮ、第三スイッチ１３をＯＦＦに切り換えて、複数の電池ユニット２から電力供給ライン５に電力を供給する。この通常放電モードにおいては、図７の鎖線の矢印で示すように、各電池ユニット２の電力が、ＯＮ状態の第二スイッチ１２と、ＯＮ状態の第一スイッチ１１を介して並列ライン８に供給されると共に、並列ライン８の電力がＯＮ状態の外部接続スイッチ７を介して外部電源３の電力供給ライン５に供給されて、複数の電池ユニット２から放電される。以上の通常放電モードにおいては、ＯＮ状態の第二スイッチ１２とＯＮ状態の第一スイッチ１１を介して各電池ユニット２から放電するので、低抵抗な状態で安定して放電できる。
【００９２】
さらに、通常放電モードにおいて、制御部１０は、電池ユニット２や電池セル２１の過放電保護を行うこともできる。たとえば、制御部１０は、放電状態にある複数の電池ユニット２のうち、いずれかの電池ユニット２の電圧が最小ユニット電圧（たとえば３９．０Ｖ）以下になると、過放電と判定して、この電池ユニット２の放電を停止して保護する。また、制御部１０は、放電状態にある電池ユニット２を構成する電池セル２１のうち、いずれかの電池セル２１の電圧が最小セル電圧以下になると、過放電と判定して、この電池セル２１を備える電池ユニット２の放電を停止して保護する。たとえば、複数のリチウムイオン電池からなる電池セル２１を１３直に接続してなる電池ユニット２においては、いずれかの電池セル２１の電圧が最小セル電圧である３．０Ｖ以下になると、過放電と判定して、この電池セル２１を備える電池ユニット２の放電を停止して保護する。
【００９３】
さらに、通常放電モードにおいて、商用電源３０の停電が復旧すると、外部電源３の電源回路４の出力電圧が所定値以上になり、電源回路４の電圧を、所定電圧（例えば、約５２．６Ｖ）に設定して、通常充電モードとして充電する。電源システムは、通常充電モードに移行して、電力供給ライン５から供給される電力で複数の電池ユニット２が充電される。ここで、通常放電モードでは、図７に示すように、外部接続スイッチ７がＯＮ状態にあり、各接続部９の第一スイッチ１１をＯＮ、第二スイッチ１２をＯＮ、第三スイッチ１３をＯＦＦとしている。このため、この通常放電モードにおいて、電源回路４の出力電圧が所定値以上に復帰すると、図７の矢印で示すように、外部電源３の電力供給ライン５から供給される電力は、ＯＮ状態の外部接続スイッチ７を介して並列ライン８に供給されると共に、ＯＮ状態の第一スイッチ１１と、ＯＮ状態の第二スイッチ１２を介して各電池ユニット２に供給される。したがって、商用電源３０や外部電源３の電圧上昇を検出する機構を設けることなく、また、制御部１０で接続部９を切り換えることなく、電源回路４の出力電圧が復帰する状態で、速やかに電力供給ライン５から電池ユニット２に電力を供給できる。
【００９４】
さらに、電源システムは、前述の通常充電モードにおいて、商用電源３０の停電等により外部電源３の電源回路４の出力電圧が低下すると、通常放電モードに移行して、複数の電池ユニット２から外部電源３の電力供給ライン５に電力を供給する。ここで、通常充電モードでは、図７に示すように、外部接続スイッチ７がＯＮ状態にあり、各接続部９の第一スイッチ１１をＯＮ、第二スイッチ１２をＯＮ、第三スイッチ１３をＯＦＦとしている。このため、この通常充電モードにおいて、外部電源３の電源回路４の出力電圧が低下すると、図７の鎖線の矢印で示すように、各電池ユニット２の電力は、ＯＮ状態の第二スイッチ１２と、ＯＮ状態の第一スイッチ１１を介して並列ライン８に供給されると共に、ＯＮ状態の外部接続スイッチ７を介して外部電源３の電力供給ライン５に供給される。したがって、商用電源３０や外部電源３の電圧低下を検出する機構を設けることなく、また、制御部１０で接続部９を切り換えることなく、電源回路４の出力電圧が低下する状態で速やかに電池ユニット２から電力供給ライン５に電力を供給できる。
［放電停止モード］
通常放電モードにおいて、電池ユニット２が放電されて放電停止電圧以下になると、電源システムは、この工程において、放電停止モードに移行させて電池ユニット２の放電を停止する。この放電停止モードでは、電力供給ライン５の電圧が、駆動対象機器４０の最低動作電圧に相当する所定値の放電停止電圧（たとえば４２Ｖ）になると、図１０に示すように、コントローラー３１が、外部接続スイッチ７をＯＦＦに切り換え、電池ユニット２からの放電を停止する。そして、いずれかの電池セル２１の電圧が、所定値（約３Ｖ／セル）まで低下する前に、停電が解消されるなら、コントローラー３１が、外部接続スイッチ７をＯＮに切り換え、通常充電モードに移行する。
【００９５】
また、放電停止モードにおいて、コントローラー３１は、制御部１０からの信号に基づいて外部接続スイッチ７をＯＦＦに切り換えることもできる。この状態で接続ユニット１の並列ライン８が電力供給ライン５から遮断されて、電池ユニット２から電力供給ライン５への電力供給が停止される。
［駆動停止モード］
放電停止モードにおいて電池ユニット２からの放電が停止された後、さらに、停電状態が継続すると、内部回路での電力消費、セルの自己放電等により、いずれかの電池セル２１の電圧が、所定値（約３Ｖ／セル）以下になると、その電池セル２１の検出回路２２より、信号が出力され、制御部１０に入力される。この状態で、制御部１０は、図１に示すように、第一スイッチ１１、第二スイッチ１２、及び第三スイッチ１３をすべてＯＦＦとし、さらに、すべての電池ユニット２のマイコン等からなる検出回路２２と制御部１０との間の通信線２８に乗せている駆動電力（駆動電圧）１２Ｖを停止させることで、全ての検出回路２２をシャットダウン（駆動停止）させる。これにより、各電池ブロック２０が並列ライン８から分離された状態となり、電池セル２１の自己放電の差等により、各電池ブロック２０の電圧に差異が生じる。
【００９６】
さらに、駆動停止モードにおいて、商用電源３０の停電が復旧して外部電源３の電源回路の出力電圧が所定値以上に復帰すると、電源システムは、バランス充電モードに移行して電池ユニット２の充電を開始する。外部電源３の電源回路４の出力電圧が所定値以上に復帰すると、電力供給ライン５から制御部１０に電力が供給され、制御部１０が起動状態となり、第一スイッチ１１、第二スイッチ１２、及び第三スイッチ１３が動作して、バランス充電モードに移行する。
【００９７】
また、バランス充電モードにおいては、前述のように、複数の電池ユニット２が均等化されながらプリチャージされる。ここで、駆動停止モードが継続されて時間が経過すると、各電池ユニット２の電圧が低下して、各電池ユニット２の電圧にバラツキが生じるときがある。この場合においても、バランス充電モードに移行して均等化しながらプリチャージすることでばらつきが解消される。
【００９８】
さらに、接続ユニット１の制御部１０は、各電池ユニット２に流れる電流の過電流を検出して保護することもできる。制御部１０は、電池ユニット２の充電状態や放電状態において、各電池ユニット２に流れる充電電流や放電電流の検出値を、各電池ユニット２に内蔵される検出回路２２から入力される信号から検出する。制御部１０は、各電池ユニット２から入力される充放電の電流値が所定の検出時間にわたって所定の上限電流値を超えると、過電流と判定してこの電池ユニット２の充放電を停止して保護する。ここで、制御部１０が各電池ユニット２を過電流と判定する上限電流値は、たとえば２７Ａ〜３３Ａとし、検出時間は０．５秒〜１．５秒とすることができる。制御部１０は、過電流が検出された電池ユニット２に接続された接続部９の全てのスイッチをＯＦＦに切り換えて、この電池ユニット２の充放電を停止する。
【００９９】
さらに、接続ユニット１の制御部１０は、並列ライン８に流れる電流の過電流を検出して保護することもできる。接続ユニット１は、電池ユニット２の充電状態や放電状態において、並列ライン８に流れる充電電流や放電電流を電流検出部２５で検出する。制御部１０は、電流検出部２５で検出される電流値が所定の検出時間にわたって所定の上限電流値を超えると、過電流と判定して全ての電池ユニット２の充放電を停止して保護する。ここで、制御部１０が、並列ライン８に流れる電流の過電流を判定する上限電流値は、たとえば、１０８Ａ〜１３２Ａとし、検出時間は０．２５秒〜０．７５秒とすることができる。制御部１０は、並列ライン８の過電流を検出すると、通信回線３２を介してコントローラー３１に異常信号を伝送し、コントローラー３１が外部接続スイッチ７をＯＦＦに切り換えて全ての電池ユニット２の充放電を停止する。
【０１００】
さらにまた、接続ユニット１の制御部１０は、電池ユニット２の検出回路２２で検出される電池温度によって電池ユニット２の充放電状態をコントロールすることもできる。たとえば、いずれかの電池ユニット２の電池温度が異常な温度範囲になると、制御部１０は、この電池ユニット２に接続された接続部９を遮断して、この電池ユニット２の充放電を停止する。
【０１０１】
以上の電源システムは、図１１と図１２に示す以下のフローチャートで、外部電源３から供給される電力で複数の電池ユニット２を充電すると共に、外部電源３の出力電圧が所定値以下に低下する状態では、複数の電池ユニット２から放電して電力供給ライン５に電力を供給する。
［ｎ＝１のステップ］
このステップにおいて、制御部１０は、各電池ユニット２の検出回路２２から入力される識別信号から複数の電池ユニット２の接続状態を検出する。制御部１０は、各電池ユニット２から入力される識別信号から、接続されている電池ユニット２の個数や、一部の電池ユニット２が外され、あるいは、新たに別の電池ユニット２が接続されたかどうか等の接続状態を判定する。さらに、制御部１０は、複数の電池ユニット２の接続状態に基づいて、許容される最大電流値等を決定する。
［ｎ＝２のステップ］（バランス充電モード）
このステップにおいて、コントローラー３１と制御部１０は、以下のように各スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御して複数の電池ユニット２を均等化しながらプリチャージする。（図３参照）
さらに、このバランス充電モードにおいて、コントローラー３１は、電源回路４の出力電圧を第一充電電圧に制御する。ここで、この第一充電電圧は、たとえば、４８Ｖとし、あるいは、最も出力電圧の高い電池ユニットの最大電圧Ｖmaxよりも０．５Ｖ大きな電圧（Ｖmax＋０．５Ｖ）とすることができる。
【０１０２】
外部接続スイッチ……ＯＮ
第一スイッチ…………ＯＦＦ
第二スイッチ…………ＯＦＦ
第三スイッチ…………ＯＮ
［ｎ＝３のステップ］
このステップにおいて、制御部１０は、電力供給ライン５の電圧と各電池ブロック２０の電圧との差が、所定の電圧差（例えば、約１．２Ｖ）よりも小さいかどうかを判定する。電力供給ライン５の電圧と各電池ブロック２０の電圧との差が１．２Ｖ以上の場合は、ｎ＝２のステップに戻って、バランス充電モードを継続する。電力供給ライン５の電圧と各電池ブロック２０の電圧との差が１．２Ｖ未満になると、ｎ＝４のステップに進んで、通常充電モードに移行する。
［ｎ＝４のステップ］（通常充電モード）
このステップにおいて、コントローラー３１と制御部１０は、以下のように各スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御して複数の電池ユニット２を満充電する。（図７参照）
さらに、この通常充電モードにおいて、コントローラー３１は、電源回路４の出力電圧を第二充電電圧に制御する。ここで、この第二充電電圧は、たとえば、５２．６Ｖとすることができる。
【０１０３】
外部接続スイッチ……ＯＮ
第一スイッチ…………ＯＮ
第二スイッチ…………ＯＮ
第三スイッチ…………ＯＦＦ
［ｎ＝５のステップ］
通常充電モードにおいて、商用電源３０の停電等により、外部電源３の出力電圧が設定値以下に低下すると、ｎ＝１５のステップに進んで通常放電モードに移行し、複数の電池ユニット２から外部電源３の電力供給ライン５に電力を供給する。
［ｎ＝６のステップ］
このステップにおいて、制御部１０は、いずれかの電池ユニット２が満充電されたかどうかを判定する。電池ユニット２が満充電されるまで、ｎ＝４のステップに戻って通常充電モードを継続する。いずれかの電池ユニット２が満充電されると、ｎ＝７のステップに進んで満充電モードに移行する。 
［ｎ＝７のステップ］（満充電モード）
このステップにおいて、コントローラー３１と制御部１０は、以下のように各スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御して待機状態とする。（図８参照）
外部接続スイッチ……ＯＮ
第一スイッチ…………ＯＮ
第二スイッチ…………ＯＦＦ
第三スイッチ…………ＯＦＦ
［ｎ＝８のステップ］
満充電モードにおいて、商用電源３０の停電等により、外部電源３の出力電圧が設定値以下に低下すると、ｎ＝１３のステップに進んで予備放電モードに移行し、複数の電池ユニット２から外部電源３の電力供給ライン５に電力を供給する。
［ｎ＝９のステップ］
このステップにおいて、制御部１０は、待機状態にある電池ユニット２の残容量が低下し、再充電の必要があるかどうかを判定する。いずれかの電池セル２１の残容量が満充電状態から所定の割合（たとえば１０％）低下し、あるいは、いずれかの電池セル２１のセル電圧が充電再開電圧（たとえば、３．８５Ｖ）以下になると、ｎ＝１０のステップに進んで再充電を開始する。
［ｎ＝１０のステップ］（再充電モード）
このステップにおいて、コントローラー３１と制御部１０は、以下のように各スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御して複数の電池ユニット２をプリチャージする。（図９参照）
さらに、この再充電モードにおいて、コントローラー３１は、電源回路４の出力電圧を第三充電電圧に制御する。ここで、この第三充電電圧は、第二充電電圧よりも低く設定され、たとえば、５２．１Ｖとすることができる。
【０１０４】
外部接続スイッチ……ＯＮ
第一スイッチ…………ＯＮ
第二スイッチ…………ＯＦＦ
第三スイッチ…………ＯＮ
なお、なお、再充電モードは省略することもできる。この場合は、再充電の必要があると判定されると、通常充電モードに移行して再充電することができる。
［ｎ＝１１のステップ］
再充電モードにおいて、商用電源３０の停電等により、外部電源３の出力電圧が設定値以下に低下すると、ｎ＝１３のステップに進んで予備放電モードに移行し、複数の電池ユニット２から外部電源３の電力供給ライン５に電力を供給する。
［ｎ＝１２のステップ］
このステップにおいて、制御部１０は、再充電モードにおけるプリチャージが終了したかどうかを判定する。ここで、プリチャージの終了は、全ての電池セル２１のセル電圧が所定の電圧（たとえば、３．９Ｖ）以上になったかどうかで判定し、あるいは、プリチャージ時間が所定の時間を経過したかどうかで判定することができる。プリチャージが終了するまで、ｎ＝１０のステップに戻って再充電モードを継続し、プリチャージが終了すると、ｎ＝４のステップに進んで通常充電モードに移行する。
［ｎ＝１３のステップ］（予備放電モード）
このステップにおいて、各スイッチは、以下のようにＯＮ／ＯＦＦが保持されて、複数の電池ユニット２から外部電源３の電力供給ライン５に電力を供給する。（図８及び図９参照）
外部接続スイッチ……ＯＮ
第一スイッチ…………ＯＮ
第二スイッチ…………ＯＦＦ
第三スイッチ…………ＯＮ／ＯＦＦ
予備放電モードにおいては、図８及び図９の鎖線の矢印で示すように、各電池ユニット２から放電される電力が、第二整流素子１７とＯＮ状態の第一スイッチ１１を介して並列ライン８に供給されると共に、並列ライン８の電力がＯＮ状態の外部接続スイッチ７を介して外部電源３の電力供給ライン５に供給される。これにより、停電等の理由により電源回路４の出力電圧が低下すると、直ちに電池ユニット２から電力供給ライン５への電力供給が開始される。
【０１０５】
ただ、電源システムが、電源回路の出力電圧の低下を検出する機構を備える場合は、この予備放電モードを省略することもできる。この電源システムは、満充電モード又は再充電モードにおいて、商用電源の停電、あるいは電源回路の故障等によって電源回路の出力電圧が所定値以下に低下したことを検出すると、以下のｎ＝１５の制御を行って、通常放電モードに移行して電力供給ラインに電力を供給することができる。
［ｎ＝１４のステップ］
このステップでは、電流検出部２５によって、並列ライン８から接続ライン６に流れる放電電流が検出されたかどうかを判定する。接続ライン６への放電電流が検出されると、ｎ＝１５のステップに進んで通常放電モードに移行する。
［ｎ＝１５のステップ］（通常放電モード）
このステップにおいて、コントローラー３１と制御部１０は、以下のように各スイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御して放電状態を継続する。（図７参照）
外部接続スイッチ……ＯＮ
第一スイッチ…………ＯＮ
第二スイッチ…………ＯＮ
第三スイッチ…………ＯＦＦ
通常放電モードにおいては、図７の鎖線の矢印で示すように、各電池ユニット２から放電される電力が、ＯＮ状態の第二スイッチ１２と、ＯＮ状態の第一スイッチ１１を介して並列ライン８に供給されると共に、並列ライン８の電力がＯＮ状態の外部接続スイッチ７を介して外部電源３の電力供給ライン５に供給される。
［ｎ＝１６のステップ］
通常放電モードにおいて、商用電源３０の停電が復旧して、外部電源３の出力電圧が所定値以上に復帰すると、ｎ＝４のステップにジャンプし、通常充電モードに移行して電池ユニット２の充電を開始する。
［ｎ＝１７のステップ］
このステップにおいて、制御部１０は、全ての電池ユニット２の出力電圧（Ｖｙ）が放電停止電圧以下になったかどうかを判定する。この放電停止電圧は、駆動対象機器４０の最低動作電圧に相当する電圧であって、たとえば、４２Ｖとする。全ての電池ユニット２の出力電圧が放電停止電圧よりも大きい場合は、ｎ＝１５のステップに戻って通常充電モードを継続する。いずれかの電池ユニット２の出力電圧が放電停止電圧以下になると、ｎ＝１８のステップに進んで放電停止モードに移行する。
［ｎ＝１８のステップ］（放電停止モード）
電力供給ライン５の電圧が、駆動対象機器４０の最低動作電圧に相当する所定値である放電停止電圧（例えば４２Ｖ）以下になると、コントローラー３１は、外部接続スイッチ７をＯＦＦに切り換える。この状態で並列ライン８が電力供給ライン５から遮断されて、電池ユニット２から電力供給ライン５への電力供給が停止される。（図１０参照）
［ｎ＝１９のステップ］
放電停止モードにおいて、商用電源３０の停電が復旧して、外部電源３の出力電圧が所定値以上に復帰すると、ｎ＝４のステップにジャンプし、通常充電モードに移行して電池ユニット２の充電を開始する。
［ｎ＝２０のステップ］
このステップにおいて、制御部１０は、いずれかの電池セル２１の電圧が、所定値（約３Ｖ／セル）まで低下したかどうかを判定する。全ての電池セル２１の電圧が、所定値（約３Ｖ／セル）よりも大きい場合は、ｎ＝１８のステップに戻って放電停止モードを継続する。いずれかの電池セル２１の電圧が所定値（約３Ｖ／セル）以下になると、ｎ＝２１のステップに進んで駆動停止モードに移行する。
［ｎ＝２１のステップ］（駆動停止モード）
このステップにおいて、制御部１０は、全てのスイッチをＯＦＦとし、全ての電池ユニット２が並列ライン８から切り離された状態とする。（図１参照）
第一スイッチ…………ＯＦＦ
第二スイッチ…………ＯＦＦ
第三スイッチ…………ＯＦＦ
さらに、制御回路１０は、電池ユニット２のマイコン等からなる検出回路２２との間の通信線２８に乗せている駆動電力（駆動電圧）１２Ｖを停止させて、全ての検出回路２２をシャットダウン（駆動停止）させる。
［ｎ＝２２のステップ］
駆動停止モードにおいて、商用電源３０の停電が復旧して、外部電源３の出力電圧が所定値以上に復帰すると、ｎ＝２のステップにジャンプし、バランス充電モードに移行して電池ユニット２の充電を開始する。外部電源３の電力供給ライン５の電圧が設定値以上に復帰しない状態では、ｎ＝２１のステップに戻って駆動停止モードを継続する。
【０１０６】
なお、以上のフローチャートには記載されないが、各モードにおいて、いずれかの電池ユニット２が接続ユニット１から取り外され、あるいは新たな電池ユニット２が接続ユニット１に接続されたことが検出されると、ｎ＝１のステップに戻って、電池ユニット２の接続状態の認識から再スタートすることができる。これにより、ホットスタンバイ状態での電池ユニットの脱着を可能としつつ、電池ユニットの脱着時における信頼性を向上できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明に係る電源システムは、商用電源の停電時等において、携帯電話の基地局や信号機などに電力を供給するバックアップ用電源として好適に使用できる。とくに、多数の電池セルを備える複数の電池ユニットを並列に接続して出力を大きくしながら、商用電源から供給される電力で充電し、また商用電源の出力低下時には放電できる電源システムとして好適に利用できる。
【符号の説明】
【０１０８】
１…接続ユニット
２…電池ユニット          ２’…電池ユニット
３…外部電源
４…電源回路
５…電力供給ライン
６…接続ライン
７…外部接続スイッチ
８…並列ライン
９…接続部                ９’…接続部
１０…制御部
１１…第一スイッチ
１２…第二スイッチ
１３…第三スイッチ
１４…電流制限抵抗
１５…サブ接続回路
１６…第一整流素子
１７…第二整流素子
２０…電池ブロック
２１…電池セル
２２…検出回路
２５…電流検出部
２６…電流検出抵抗
２７…検出回路
２８…通信線
３０…商用電源
３１…コントローラー
３２…通信回線
４０…駆動対象機器
【要約】
電源システムは、外部電源（３）と複数の電池ユニット（２）と接続ユニット（１）とを備え、外部電源（３）から各電池ユニット（２）に電力を供給して充電し、外部電源（３）の出力低下状態で、電池ユニット（２）から駆動対象機器（４０）に電力を供給する。接続ユニット（１）は、複数の電池ユニット（２）を並列接続する並列ライン（８）と、各電池ユニット（２）を並列ライン（８）に接続する接続部（９）と、接続部（９）の接続状態を制御する制御部（１０）とを備え、外部接続スイッチ（７）を介して外部電源（３）の電力供給ライン（５）に接続している。制御部（１０）は、各電池ユニット（２）を均等化しながらプリチャージするバランス充電モードと、通常充電モードと、満充電モードと、各電池ユニット（２）から電力供給ライン（５）に電力を供給する通常放電モードと、放電停止モードと、駆動停止モードを切り換えて複数の電池ユニット（２）を充放電する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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